DE102019114817B4 - Imaging system and method of observation - Google Patents

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Abstract

Stereo-Bildgebungssystem, insbesondere medizinisches Bildgebungssystem, das Folgendes aufweist:- ein Beobachtungsinstrument (10, 50, 110) mit einer Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,- zumindest einen Lagesensor (144, 146) zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf eine Lagereferenz (166), und- eine Steuereinrichtung (150), die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments (10, 50, 110) in einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist,wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten,dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuereinrichtung (150) zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, unddie Steuereinrichtung (150) in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist.Stereo imaging system, in particular a medical imaging system, which has: - an observation instrument (10, 50, 110) with an image acquisition unit (30, 70, 130) for acquiring first image data and second image data which can be combined for stereo observation, - at least a position sensor (144, 146) for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument (10, 50, 110) in relation to a position reference (166), and a control device (150) which, depending on the orientation of the instrument (10, 50, 110) can be operated in a first playback mode and a second playback mode, the control device (150) being designed to erect images output with the image signal in the second playback mode depending on the orientation, characterized in that the control device (150 ) is designed to output an image signal which, in the first playback mode, is a stereo signal based on the first image aten and the second image data, and in the second playback mode comprises a mono signal based on the first image data or the second image data, and the control device (150) in a first angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) can be operated in the second playback mode.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Stereo-Bildgebungssystem mit einem Beobachtungsinstrument mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind.The present disclosure relates to a stereo imaging system with an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data which can be combined for stereo observation.

Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein medizinisches Bildgebungssystem. Solche Bildgebungssysteme dienen regelmäßig zur Beobachtung des menschlichen und/oder tierischen Körpers.In particular, the present disclosure relates to a medical imaging system. Such imaging systems are regularly used to observe the human and / or animal body.

Zur Stereo-Beobachtung geeignete Bildgebungssysteme umfassen üblicherweise Beobachtungsinstrumente mit stereoskopischer Beobachtungsoptik sowie Stereo-Bildsensoren, also beispielsweise zwei zueinander versetzte Bildsensoren. Es gibt also zwei Beobachtungskanäle. Bildsensoren umfassen üblicherweise CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren und Ähnliches. Bei Verwendung zweier zueinander versetzter Bildsensoren ist einer der beiden Bildsensoren dem rechten Auge (erster Beobachtungskanal) und der andere der beiden Bildsensoren dem linken Auge des Beobachters (zweiter Beobachtungskanal) zugeordnet.Imaging systems suitable for stereo observation usually include observation instruments with stereoscopic observation optics and stereo image sensors, that is to say, for example, two image sensors offset from one another. So there are two channels of observation. Image sensors typically include CCD sensors, CMOS sensors, and the like. When using two offset image sensors, one of the two image sensors is assigned to the right eye (first observation channel) and the other of the two image sensors is assigned to the left eye of the observer (second observation channel).

Zur Stereo-Beobachtung geeignete Bildgebungssysteme werden zuweilen auch als 3D-Bildgebungssysteme bezeichnet. Es versteht sich, dass damit nicht unbedingt 3D-Daten erfasst werden. Das auf diese Weise generierte 3D-Bild erlaubt jedoch dem Beobachter eine Tiefenwahrnehmung.Imaging systems suitable for stereo observation are sometimes also referred to as 3-D imaging systems. It should be understood that this does not necessarily capture 3D data. However, the 3D image generated in this way allows the observer to perceive depth.

Medizinische Bildgebungssysteme umfassen beispielsweise Systeme zur endoskopischen Beobachtung. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung umfassen Systeme zur endoskopischen Bildbearbeitung Gestaltungen, bei denen ein sondenähnliches Instrument in natürliche oder künstlich geschaffene Körperöffnungen einführbar ist, um Bilder des Körperinneren zu erfassen. Dies umfasst auch sogenannte Videoendoskopie-Systeme. Medical imaging systems include systems for endoscopic observation, for example. For the purposes of the present disclosure, systems for endoscopic image processing include designs in which a probe-like instrument can be inserted into natural or artificially created body openings in order to capture images of the interior of the body. This also includes so-called video endoscopy systems.

Aus der US 9 848 758 B2 ist ein Instrument in Form eines Stereo-Endoskops bekannt, bei dem Bilddaten für den rechten Kanal und den linken Kanal korrigiert werden, und bei dem auf Basis einer Prüfung während der Montage des Endoskops Identifikationsinformationen gewonnen werden, die sicherstellen sollen, dass die Korrekturdaten tatsächlich auch für den rechten bzw. linken Kanal bereitgestellt werden.From the US 9 848 758 B2 an instrument in the form of a stereo endoscope is known in which image data for the right channel and the left channel are corrected, and in which identification information is obtained on the basis of a test during assembly of the endoscope, which is intended to ensure that the correction data is actually also obtained for the right and left channels respectively.

Aus der WO 2010/105946 A1 ist ein Endoskop bekannt, mit einem Bildsensor und einem Inertialsensor am distalen Ende, wobei der Inertialsensor dazu ausgebildet ist, eine Verkippung des Bildsensors relativ zum Gravitationsfeld zu erfassen, wobei das Endoskop ferner eine Steuereinrichtung aufweist, wobei der Bildsensor ein Array von Bildpixeln umfasst, um Bilddaten zu erzeugen, wobei der Inertialsensor dazu ausgebildet ist, ein die Verkippung repräsentierendes Verkippungssignal zu erzeugen, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Verkippungssignal mit den Bilddaten unter Ersetzung eines Teils der Bilddaten durch das Verkippungssignal zu einem Kombinationssignal zu kombinieren.From the WO 2010/105946 A1 An endoscope is known, with an image sensor and an inertial sensor at the distal end, the inertial sensor being designed to detect a tilt of the image sensor relative to the gravitational field, the endoscope also having a control device, the image sensor comprising an array of image pixels in order to Generate image data, wherein the inertial sensor is designed to generate a tilt signal representing the tilt, and wherein the control device is designed to combine the tilt signal with the image data while replacing part of the image data with the tilt signal to form a combination signal.

Aus der DE 10 2017 219 621 A1 ist ein medizinisches Visualisierungssystem bekannt, umfassend ein Endoskop und ein Mikroskop, die in verschiedenen Orientierungen ausgerichtet sind und deren Sichtachsen schräg zueinander stehen können. Das Endoskop ist mit einem Bewegungssensor versehen, wobei ein Winkel der Sichtachse des Endoskops relativ zur Sichtachse des Mikroskops ermittelt wird. Es ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die ein erstes Bild auf Basis der Mikroskop-Daten und ein zweites Bild auf Basis der Endoskop-Daten anzeigt, wobei die Orientierung des zweiten Bildes in Abhängigkeit vom Winkel der Sichtachse des Endoskops ausgerichtet werden kann.From the DE 10 2017 219 621 A1 a medical visualization system is known, comprising an endoscope and a microscope, which are aligned in different orientations and whose axes of vision can be inclined to one another. The endoscope is provided with a movement sensor, an angle of the viewing axis of the endoscope relative to the viewing axis of the microscope being determined. A display device is provided which displays a first image based on the microscope data and a second image based on the endoscope data, the orientation of the second image being able to be aligned as a function of the angle of the viewing axis of the endoscope.

Aus der US 2018/0042453 A1 ist eine stereoskopische Endoskopievorrichtung bekannt, die zwei Bildaufnehmer und folglich zwei Kanäle aufweist. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, anhaftende Fremdobjekte zu erfassen, so dass bedarfsweise nur einer der beiden Kanäle genutzt wird, wenn der andere Kanal aufgrund der Fremdobjekte beeinträchtigt ist.From the US 2018/0042453 A1 a stereoscopic endoscopy device is known which has two image recorders and consequently two channels. A control device is provided which is designed to detect adhering foreign objects so that, if necessary, only one of the two channels is used when the other channel is impaired due to the foreign objects.

Aus der WO 2016/012248 A1 ist ein Stereoendoskop mit distal angeordneten Bildaufnehmern bekannt. Es werden Ausführungsformen mit gerader Blickrichtung und Ausführungsformen mit schräger Blickrichtung beschrieben.From the WO 2016/012248 A1 a stereo endoscope with distally arranged image recorders is known. Embodiments with a straight viewing direction and embodiments with an oblique viewing direction are described.

Aus der US 7,108,657 B2 ist eine endoskopische Visualisierungsvorrichtung mit zwei Bildaufnehmern bekannt, die zueinander versetzt sind, wobei vorgeschlagen wird, die beiden Bildaufnehmer jeweils um eine Achse senkrecht zu deren Sensorebene drehbar zu gestalten. Auf diese Weise kann das erfasste Bild gedreht werden. Damit ist eine Bildaufrichtungsfunktion gegeben.From the US 7,108,657 B2 an endoscopic visualization device with two image recorders is known, which are offset from one another, it being proposed that the two image recorders each be designed to be rotatable about an axis perpendicular to their sensor plane. In this way the captured image can be rotated. An image erecting function is thus given.

Aus der US 7,037,258 B2 ist ein Video-Endoskop mit Mitteln zur Bildaufrichtung bekannt. Das Endoskop ist als monoskopisches Instrument gestaltet. Es handelt sich folglich um ein Instrument mit einem Beobachtungskanal. Das Bild wird elektronisch gedreht bzw. aufgerichtet.From the US 7,037,258 B2 a video endoscope with means for image erection is known. The endoscope is designed as a monoscopic instrument. It is therefore an instrument with an observation channel. The image is rotated or erected electronically.

Aus der US 7, 134, 992 B2 ist ein weiteres Video-Endoskop mit Mitteln zur Bildaufrichtung bekannt. Es wird vorgeschlagen, das erfasste Bild in Abhängigkeit von einer ermittelten Orientierung des Instruments aufzurichten. Das Endoskop weist einen am distalen Ende angeordneten Bildsensor auf. Es handelt sich um ein monoskopisches Beobachtungsinstrument mit einem Beobachtungskanal. Zur Erfassung der Orientierung dienen Beschleunigungssensoren.From the US 7,134,992 B2 Another video endoscope with means for image erection is known. It is suggested to save the captured image in To erect depending on a determined orientation of the instrument. The endoscope has an image sensor arranged at the distal end. It is a monoscopic observation instrument with an observation channel. Acceleration sensors are used to record the orientation.

Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf medizinische Bildgebungssysteme, die zur Beobachtung des Körpers von außerhalb des Körpers ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist es bei diesen Systemen nicht vorgesehen, das Instrument zumindest teilweise in eine Körperöffnung einzuführen. Derartige Systeme, insbesondere deren Beobachtungsinstrumente, werden beispielsweise als sogenannte Exoskope bezeichnet. Ein solches Exoskop mit einer stereoskopischen Optik ist aus der US 10,122,897 B2 bekannt. Es wird vorgeschlagen, die optische Einheit drehbar zu gestalten, um das Bild des Instruments bedarfsweise aufzurichten. Damit kann die Orientierung der Stereobasis der stereoskopischen Optik angepasst werden, so dass auch bei geänderter Orientierung bzw. Position des Instruments eine stereoskopische Beobachtung ermöglicht ist.The present disclosure also relates to medical imaging systems that are designed to observe the body from outside the body. In other words, these systems do not provide for the instrument to be at least partially inserted into a body opening. Such systems, in particular their observation instruments, are referred to as so-called exoscopes, for example. Such an exoscope with stereoscopic optics is from the US 10,122,897 B2 known. It is proposed to make the optical unit rotatable in order to erect the image of the instrument as required. The orientation of the stereo base of the stereoscopic optics can thus be adapted so that stereoscopic observation is made possible even if the orientation or position of the instrument is changed.

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen auf Bildgebungssysteme und Instrumente zur Weißlicht-Beobachtung. Dies umfasst die Erfassung von sichtbarem Licht, insbesondere von Teilen des elektromagnetischen Spektrums, die für das menschliche Auge sichtbar sind. Dies betrifft beispielsweise einen Bereich von 380 nm bis 750 nm (Nanometer). Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.The present disclosure relates, at least in exemplary configurations, to imaging systems and instruments for white light observation. This includes the detection of visible light, in particular parts of the electromagnetic spectrum that are visible to the human eye. This applies, for example, to a range from 380 nm to 750 nm (nanometers). However, this is not to be understood as restrictive.

Insbesondere schließt dies nicht aus, dass ein offenbarungsgemäßes Bildgebungssystem auch zur Beobachtung im Infrarot oder Nahinfrarot-Bereich bzw. im Ultraviolett-Bereich Bildinformationen erfassen kann. Dies ist beispielsweise bei Instrumenten für PDD (Photodynamische Diagnostik) und/oder PDT (Photodynamische Therapie) sowie für Instrumente zur Fluoreszenz-Beobachtung vorstellbar.In particular, this does not rule out that an imaging system according to the disclosure can also acquire image information for observation in the infrared or near-infrared range or in the ultraviolet range. This is conceivable, for example, for instruments for PDD (photodynamic diagnostics) and / or PDT (photodynamic therapy) as well as for instruments for fluorescence observation.

Zumindest in wesentlichen Ausführungsformen soll dies jedoch keine radiologischen Bildgebungsverfahren umfassen (beispielsweise Radiografie, Computertomografie, Magnetresonanztomografie, Ultraschall-Beobachtung). Demgemäß liegt der Fokus der vorliegenden Offenbarung nicht auf Bildgebungssystemen für die Schnittbild-Beobachtung. Hingegen beziehen sich wesentliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf die Beobachtung von Oberflächen oder oberflächennahen Objekten. Es versteht sich, dass gleichwohl kombinierte Bildgebungssysteme vorstellbar sind.At least in essential embodiments, however, this should not include any radiological imaging methods (for example radiography, computed tomography, magnetic resonance tomography, ultrasound observation). Accordingly, the focus of the present disclosure is not on imaging systems for cross-sectional viewing. In contrast, essential aspects of the present disclosure relate to the observation of surfaces or objects close to the surface. It goes without saying that combined imaging systems are nevertheless conceivable.

Bei der Nutzung von Beobachtungsinstrumenten der vorstehend beschriebenen Art ist es häufig erforderlich, diese zu drehen oder in anderer Weise zu bewegen, etwa um ihre Längsachse (Achse des Instrumentenschaftes oder der Beobachtungsoptik), um den beobachteten Bildausschnitt zu verändern. Dies ist insbesondere bei handgehaltenen bzw. handgeführten Instrumenten der Fall. Jedoch auch bei Instrumenten, die starr aufgenommen sind, können Bewegungsfreiheitsgrade vorgesehen sein, um das Instrument und dessen Beobachtungsoptik in der gewünschten Weise zu positionieren.When using observation instruments of the type described above, it is often necessary to rotate them or move them in some other way, for example around their longitudinal axis (axis of the instrument shaft or the observation optics) in order to change the image section being observed. This is the case in particular with hand-held or hand-held instruments. However, even with instruments that are rigidly received, degrees of freedom of movement can be provided in order to position the instrument and its observation optics in the desired manner.

Bei Beobachtungsinstrumenten mit nur einem Bildsensor kann die Ausrichtung des Bildsensors in Bezug auf einen Referenzhorizont (definiert etwa durch ein Wiedergabegerät, beispielsweise einen Monitor) angepasst werden, indem das Bild mechanisch oder elektronisch gedreht wird. Auf diese Weise kann eine Bildaufrichtung durchgeführt werden. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal Bildaufrichtung eine Funktion zu verstehen, bei der die Orientierung (etwa die Richtungen oben, unten, rechts, links) des angezeigten Bildes weitgehend oder vollständig beibehalten wird, obwohl der Bildsensor bzw. die Beobachtungsoptik gedreht wird (im Sinne einer Rollbewegung). Diese Definition ist sinngemäß auch auf Beobachtungsinstrumente mit geneigter Blickrichtung zu übertragen, also beispielsweise auf Instrumente mit Objektiven, deren „Normale“ nicht parallel zur Drehachse ist. Bei einem Objektiv handelt es sich bei der „Normalen“ etwa um die optische Achse. Beispielsweise handelt es sich bei einem Bildsensor, der konzentrisch zum Objektiv ausgerichtet ist, bei der „Normalen“ etwa um eine Senkrechte zur Sensorebene. Wesentlich für die Definition der Blickrichtung ist im Normalfall die optische Achse des Objektivs.In the case of observation instruments with only one image sensor, the alignment of the image sensor with respect to a reference horizon (defined for example by a playback device, for example a monitor) can be adjusted by rotating the image mechanically or electronically. Image erection can be carried out in this way. In the context of the present disclosure, the image erection feature is to be understood as a function in which the orientation (for example the directions above, below, right, left) of the displayed image is largely or completely retained, although the image sensor or the observation optics is rotated ( in the sense of a rolling movement). This definition can also be applied analogously to observation instruments with an inclined line of sight, for example to instruments with lenses whose “normal” is not parallel to the axis of rotation. In the case of a lens, the “normal” is roughly the optical axis. For example, in the case of an image sensor that is aligned concentrically to the lens, the “normal” is approximately perpendicular to the sensor plane. The optical axis of the objective is normally essential for defining the viewing direction.

Es ist jedoch auch vorstellbar, das Bild eben nicht aufzurichten, so dass das angezeigte Bild bei einer Drehung oder Rollbewegung des Instruments mit rotiert. Entsprechende Wiedergabemodi können wahlweise ausgewählt werden.However, it is also conceivable not to straighten the image so that the displayed image rotates with a rotation or rolling movement of the instrument. Corresponding playback modes can optionally be selected.

Bei einem zur Stereo-Beobachtung gestalteten Instrument bringt die Bildaufrichtung verschiedene Herausforderungen mit sich. Hauptursache hierfür ist die sogenannte Stereobasis, also ein Versatz (Abstand bzw. Winkel) zwischen den beiden Beobachtungskanälen bzw. Bildsensoren, die für die Stereo-Beobachtung und Stereo-Wiedergabe kombiniert werden. Die Stereobasis ist idealerweise mit dem Referenzhorizont des Wiedergabegerätes ausgerichtet, idealerweise parallel oder nahezu parallel dazu. Der Referenzhorizont des Wiedergabegerätes entspricht üblicherweise einer Horizontalen. Ein Beobachter mit gerade ausgerichtetem Kopf richtet seine Augen (gedankliche Linie durch die beiden Augen) parallel hierzu aus.In the case of an instrument designed for stereo observation, the erection of the image poses various challenges. The main reason for this is the so-called stereo basis, i.e. an offset (distance or angle) between the two observation channels or image sensors that are combined for stereo observation and stereo reproduction. The stereo base is ideally aligned with the reference horizon of the playback device, ideally parallel or almost parallel to it. The reference horizon of the playback device usually corresponds to a horizontal line. An observer with a straight head aligns his eyes (mental line through the two eyes) parallel to this.

Ein generelles Auslegungsziel für Bildgebungssysteme im medizinischen oder industriellen Umfeld besteht darin, den jeweiligen Sondenteil klein zu gestalten. Dies kann auch eine Miniaturisierung der Bilderfassungseinheit umfassen. Dies gilt beispielsweise für einen Durchmesser der Sonde bzw. der Objektivbaugruppe. Dieses Auslegungsziel ist umso wichtiger bei endoskopischen Instrumenten, die in der Neurochirurgie (Hirnchirurgie, Wirbelsäulenchirurgie, etc.) verwendet werden. Dies erschwert jedoch mechanische Lösungen für die Bildaufrichtung.A general design goal for imaging systems in the medical or industrial environment is to make the respective probe part small. This can also include miniaturization of the image capture unit. This applies, for example, to a diameter of the probe or the objective assembly. This design goal is all the more important for endoscopic instruments that are used in neurosurgery (brain surgery, spinal surgery, etc.). However, this makes mechanical solutions for image erection difficult.

Allgemein ist es wünschenswert, Schaftbaugruppen endoskopischer Instrumente mit möglichst geringem Schaftdurchmesser zu gestalten. Dies kann das Trauma für den Patienten, beim Schaffen der Zugangsöffnung, minimieren. Daher gilt dieses Auslegungsziel allgemein für Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie.In general, it is desirable to design shaft assemblies of endoscopic instruments with the smallest possible shaft diameter. This can minimize trauma to the patient in creating the access opening. Therefore, this design goal applies generally to instruments for minimally invasive surgery.

Gleichwohl gibt es auch bei möglichst klein (betreffend etwa den Schaftdurchmesser) bauenden Instrumenten Bedarf für stereoskopische Bilderfassung bzw. Beobachtung. Ein Ansatz für ein stereoskopisches Instrument, beispielsweise ein Endoskop, kann darin bestehen, zwei Bildsensoren am oder nahe dem distalen Ende des Instruments anzuordnen. Die beiden Bildsensoren sind regelmäßig nebeneinander angeordnet und haben daher Auswirkung auf den Gesamtdurchmesser des Instruments in diesem Bereich. Es wäre sehr aufwendig, in diesem distalen Bereich zusätzlich noch Vorkehrungen für eine mechanische Bildaufrichtung vorzusehen.At the same time, there is also a need for stereoscopic image acquisition or observation in the case of instruments that are as small as possible (with regard to the shaft diameter, for example). One approach for a stereoscopic instrument, for example an endoscope, can be to arrange two image sensors at or near the distal end of the instrument. The two image sensors are regularly arranged next to one another and therefore have an effect on the overall diameter of the instrument in this area. It would be very costly to provide additional provisions for mechanical image erection in this distal area.

Gleichwohl werden auch derartige Instrumente häufig während der Nutzung um die Längsachse des Schaftes gedreht. Dies gilt insbesondere für Instrumente mit schräger Blickrichtung. Wie vorstehend bereits angedeutet, bringt dies jedoch bei der stereoskopischen Wahrnehmung Herausforderungen mit sich, zumindest sofern das Bild auch bei einer Rollbewegung aufgerichtet bleiben soll. Wenn im Umkehrschluss auf die Aufrichtung verzichtet wird, wird aus Sicht des Beobachters die Orientierung „im Bild“ erschwert.At the same time, such instruments are also often rotated about the longitudinal axis of the shaft during use. This applies in particular to instruments with an oblique line of sight. As already indicated above, however, this entails challenges in stereoscopic perception, at least if the image is to remain upright even during a rolling movement. Conversely, if you do not stand upright, from the observer's point of view, orientation “in the picture” is made more difficult.

Instrumente mit nur einem Bildsensor, also mit nur einem Beobachtungskanal (monoskopische Instrumente) sind in dieser Hinsicht weniger problematisch. Das erfasste Bild kann sowohl mechanisch (tatsächlich von Hand oder über einen Aktuator) als auch elektronisch aufgerichtet (digitale Aufrichtung) werden. Die mechanische Aufrichtung umfasst eine Rotation des Sensors in Bezug auf den Schaft bzw. ein Lagerstück des Instruments. Die elektronische Bildaufrichtung umfasst bildverarbeitende Maßnahmen, so dass bei Bedarf sichergestellt werden kann, dass das Bild aufrecht wiedergegeben wird.Instruments with only one image sensor, i.e. with only one observation channel (monoscopic instruments) are less problematic in this regard. The captured image can be erected mechanically (actually by hand or via an actuator) as well as electronically (digital erection). The mechanical erection includes a rotation of the sensor in relation to the shaft or a bearing piece of the instrument. The electronic image erection includes image processing measures so that, if necessary, it can be ensured that the image is reproduced upright.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Stereo-Bildgebungssystem mit einem Beobachtungsinstrument und ein Verfahren zur Stereo-Beobachtung anzugeben, die auch bei einer Rotation des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit des Instruments eine praktikabel wahrnehmbare Wiedergabe erlauben, wobei das wiedergegebene Bild bedarfsweise aufgerichtet werden kann. Gleichwohl soll in einem möglichst großen Rotationsbereich eine stereoskopische Darstellung (oder 3D-Darstellung) ermöglicht sein. Vorzugsweise ist eine intuitive Bedienung möglich. Vorzugsweise erlaubt das Bildgebungssystem bzw. das Verfahren in einem Zustand, in dem keine stereoskopische Erfassung und Wiedergabe sinnvoll ist, noch eine Grundfunktionalität, so dass zumindest ein Beobachtungskanal nutzbar ist.Against this background, the present disclosure is based on the object of specifying a stereo imaging system with an observation instrument and a method for stereo observation which allow a practically perceptible reproduction even when the instrument or the image acquisition unit of the instrument is rotated, the reproduced image can be erected if necessary. Nevertheless, a stereoscopic display (or 3D display) should be made possible in the largest possible rotation range. Intuitive operation is preferably possible. In a state in which no stereoscopic acquisition and reproduction is sensible, the imaging system or the method preferably still allows a basic functionality, so that at least one observation channel can be used.

Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein korrespondierendes Computerprogramm zur Steuerung eines Stereo-Bildgebungssystems angegeben werden.Furthermore, within the scope of the present disclosure, a corresponding computer program for controlling a stereo imaging system is to be specified.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein Stereo-Bildgebungssystem, insbesondere medizinisches Bildgebungssystem gelöst, das Folgendes aufweist:

  • - ein Beobachtungsinstrument mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,
  • - zumindest einen Lagesensor zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments in Bezug auf eine Lagereferenz,
  • - eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments in einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten, wobei die Steuereinrichtung zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, und wobei die Steuereinrichtung in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist.
According to a first aspect, this object is achieved by a stereo imaging system, in particular a medical imaging system, which has the following:
  • - an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data, which can be combined for stereo observation,
  • - At least one position sensor for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument in relation to a position reference,
  • A control device which can be operated in a first playback mode and a second playback mode as a function of the orientation of the instrument, the control device being designed to erect images output with the image signal in the second playback mode as a function of the orientation, the control device for outputting an image signal is formed, which in the first reproduction mode comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, and in the second reproduction mode comprises a mono signal based on the first image data or the second image data, and wherein the control device in a first Rotation angle range of the instrument can be operated in the first playback mode and in a second rotation angle range of the instrument in the second playback mode.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.

Erfindungsgemäß wird nämlich einerseits die Fähigkeit zur Stereo-Beobachtung genutzt. Dies gilt jedenfalls in solchen Positionen (v.a. Drehlagen) der Bilderfassungseinheit, in denen die Orientierung der Stereobasis nicht oder nur in vertretbaren Grenzen von der Lagereferenz (etwa vom Horizont bzw. künstlichen Horizont) abweicht.According to the invention, on the one hand, the ability for stereo observation is used. This applies in any case in such positions (especially rotational positions) of the image acquisition unit in which the orientation of the stereo base does not deviate from the position reference (e.g. from the horizon or artificial horizon) or only within reasonable limits.

Wenn jedoch die vom Lagesensor bereitgestellten Signale betreffend die Orientierung (Drehlage bzw. Roll-Lage) ergeben, dass die Stereo-Funktionalität aufgrund der Verdrehung der Bilderfassungseinheit nicht mehr nutzbar ist, dann kann die Steuereinrichtung ein Mono-Signal (Nutzung nur eines Beobachtungskanals) ausgeben. Das kann dann der Fall sein, wenn sich der Bediener nicht mehr gut im Bild orientieren kann, beispielsweise bei der Steuerung dort sichtbarer chirurgischer Instrumente.However, if the signals provided by the position sensor regarding the orientation (rotational position or roll position) show that the stereo functionality can no longer be used due to the rotation of the image acquisition unit, then the control device can output a mono signal (use of only one observation channel) . This can be the case when the operator can no longer orient himself well in the image, for example when controlling surgical instruments that are visible there.

Die vorstehende Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Bildaufrichtung, insbesondere eine elektronische Bildaufrichtung, ermöglicht wird, wobei in Abhängigkeit vom aktuellen Drehwinkel eine stereoskopische Wiedergabe auf Basis zweier Beobachtungskanäle oder eine monoskopische Wiedergabe auf Basis eines Beobachtungskanals möglich ist.The above measure has the advantage that image erection, in particular electronic image erection, is made possible, with stereoscopic reproduction based on two observation channels or monoscopic reproduction based on one observation channel being possible depending on the current angle of rotation.

Dies bedeutet zwar, dass in bestimmten Orientierungen des Beobachtungsinstruments bzw. von dessen Bilderfassungseinheit nur eine zweidimensionale Wiedergabe ohne Tiefeneindruck genutzt wird. Gleichwohl kann auch diese Art der Wiedergabe zur Beobachtung genutzt werden.This means that in certain orientations of the observation instrument or of its image capture unit, only a two-dimensional reproduction without depth impression is used. At the same time, this type of reproduction can also be used for observation.

Wenn jedoch über den Lagesensor ermittelt wird, dass die aktuelle Drehorientierung (Roll-Lage) der Bilderfassungseinheit eine stereoskopische Wiedergabe, also eine Wiedergabe mit Tiefeneindruck (3D-Wiedergabe) ermöglicht, dann kann auf stereoskopische Wiedergabe umgeschaltet werden. Hinsichtlich der Bildaufrichtung ist es vorstellbar, bei einer Verdrehung der Bilderfassungseinheit um etwa 180°d ie beiden Beobachtungskanäle für die Wiedergabe zu vertauschen und deren Bildinformationen jeweils um 180°zu drehen. Auch auf diese Weise kann zumindest für einen kleinen Drehwinkelbereich (bei etwa 180') eine Bildaufrichtung auch bei stereoskopische r Wiedergabe realisiert werden.If, however, it is determined via the position sensor that the current rotational orientation (roll position) of the image acquisition unit enables stereoscopic reproduction, i.e. reproduction with depth impression (3D reproduction), then a switch can be made to stereoscopic reproduction. With regard to the image erection, it is conceivable, when the image acquisition unit is rotated by about 180 °, to interchange the two observation channels for the reproduction and to rotate their image information by 180 ° in each case. In this way, too, an erection of the image can be realized at least for a small angle of rotation range (around 180 ') even with stereoscopic reproduction.

Gemäß diesem Ansatz kann, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen, ein Instrument realisiert werden, bei dem einerseits die Stereo-Beobachtung und andererseits eine elektronische Bildaufrichtung möglich ist. Dies bezieht sich auf beispielhafte Ausführungsformen und ist nicht einschränkend zu verstehen.According to this approach, at least in exemplary configurations, an instrument can be implemented in which, on the one hand, stereo observation and, on the other hand, electronic image erection is possible. This relates to exemplary embodiments and is not to be understood as restrictive.

Gleichwohl eignet sich dieser Ansatz in besonderer Weise für Instrumente mit kleinem Schaftdurchmesser, also für Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie, insbesondere für die Neurochirurgie (Hirnchirurgie, Wirbelsäulenchirurgie). In beispielhaften Ausführungsformen handelt es sich bei dem Beobachtungsinstrument um ein medizinisches Beobachtungsinstrument. Je kleiner der Schaftdurchmesser, desto schwieriger wird es, mechanische Lösungen für die Bildaufrichtung zu implementieren.At the same time, this approach is particularly suitable for instruments with a small shaft diameter, that is to say for instruments for minimally invasive surgery, in particular for neurosurgery (brain surgery, spinal surgery). In exemplary embodiments, the observation instrument is a medical observation instrument. The smaller the shaft diameter, the more difficult it becomes to implement mechanical solutions for image erection.

Das Beobachtungsinstrument ist regelmäßig als Video-Endoskop oder Video-Exoskop gestaltet. Ein Video-Endoskop ist zur Beobachtung des Körperinneren ausgebildet und kann über eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in das Körperinnere eingeführt werden. Ein Video-Exoskop ist zur Beobachtung des Körpers von außerhalb des Körpers ausgebildet. Die Instrumente können für die Humanmedizin und gegebenenfalls für die Veterinärmedizin ausgebildet sein. Gleichwohl sind auch industrielle Einsätze für Video-Endoskope und Video-Exoskope vorstellbar.The observation instrument is usually designed as a video endoscope or video exoscope. A video endoscope is designed to observe the inside of the body and can be inserted into the inside of the body through a natural or artificial opening. A video exoscope is designed to observe the body from outside the body. The instruments can be designed for human medicine and, if necessary, for veterinary medicine. At the same time, industrial applications for video endoscopes and video exoscopes are also conceivable.

Die Lagereferenz, auf die sich das durch den Lagesensor ermittelte Lagesignal bezieht, kann beispielsweise ein Horizont (gegebenenfalls künstlicher Horizont) sein. Die Lagereferenz ergibt sich beispielsweise durch den Augenabstand (bzw. die Orientierung des zugehörigen Vektors) des Beobachters bei der Betrachtung des wiedergegebenen Bildes.The position reference to which the position signal determined by the position sensor relates can, for example, be a horizon (possibly an artificial horizon). The position reference results, for example, from the interpupillary distance (or the orientation of the associated vector) of the observer when viewing the reproduced image.

Beispielhaft umfasst die Bilderfassungseinheit zwei voneinander beabstandete Bildsensoren. Diese können parallel zueinander aber auch leicht relativ zueinander geneigt sein. Jedem der beiden Bildsensoren (rechts und links) ist einer von zwei Beobachtungskanälen zugeordnet. Die beiden Bildsensoren sind zur Stereo-Beobachtung eines Objekts in einer Objektebene miteinander kombinierbar. Die beiden Bildsensoren sind voneinander beabstandet und demgemäß an die Disparität der Augen eines Beobachters angepasst.By way of example, the image acquisition unit comprises two image sensors that are spaced apart from one another. These can be parallel to one another but also slightly inclined relative to one another. One of two observation channels is assigned to each of the two image sensors (right and left). The two image sensors can be combined with one another for stereo observation of an object in an object plane. The two image sensors are spaced from one another and are accordingly adapted to the disparity of the eyes of an observer.

Diese Ausgestaltung ist nicht einschränkend zu verstehen. Allgemein ergibt sich die Stereobasis durch distale Aperturen der Objektiveinheit bzw. deren Abstand voneinander. Dies ist auch für die Lage der Bildsensoren bzw. deren Abstand maßgebend.This refinement is not to be understood as restrictive. In general, the stereo basis results from distal apertures of the objective unit or their distance from one another. This is also decisive for the position of the image sensors and their distance.

Im Falle einer Mono-Wiedergabe bzw. 2D-Beobachtung wird nur einer der beiden Kanäle, also nur einer der beiden Bildsensoren benutzt. Dies heißt nicht unbedingt, dass nur einer der beiden Bildsensoren tatsächlich ein Signal liefert. Jedoch wird zumindest bei der Wiedergabe des Bildes lediglich das Signal eines der beiden Kanäle verwendet.In the case of mono playback or 2D observation, only one of the two channels, i.e. only one of the two image sensors, is used. This does not necessarily mean that only one of the two image sensors actually delivers a signal. However, only the signal from one of the two channels is used at least when the image is reproduced.

Die Orientierung des Instruments wird über den Lagesensor in Bezug auf eine Referenz, etwa in Bezug auf einen Horizont erfasst. Bei der Referenz kann es sich um eine allgemeingültige (globale) Referenz handeln oder eine fallweise definierte Referenz. Üblicherweise wird auf einen Horizont abgestellt, der die Lage und Orientierung der beiden Augen eines Beobachters widerspiegelt.The orientation of the instrument is detected via the position sensor in relation to a reference, for example in relation to a horizon. The reference can be a general (global) reference or a reference that is defined on a case-by-case basis. Usually, a horizon is set up that reflects the position and orientation of the two eyes of an observer.

Im ersten Wiedergabemodus werden die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten derart kombiniert, dass eine Stereo-Wiedergabe (3D-Wiedergabe) ermöglicht ist. Im zweiten Wiedergabemodus werden entweder die ersten Bilddaten oder die zweiten Bilddaten verwendet, so dass eine Mono-Wiedergabe (2D-Wiedergabe) ermöglicht ist.In the first playback mode, the first image data and the second image data are combined in such a way that stereo playback (3D playback) is possible. In the second playback mode, either the first image data or the second image data are used, so that mono playback (2D playback) is possible.

Zumindest gemäß beispielhaften Ausgestaltungen ist das Beobachtungsinstrument ein handgehaltenes oder handgeführtes Instrument. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Beobachtungsinstrument an einem Stativ oder ähnlichem aufgenommen. Die Orientierung des Instruments, insbesondere dessen Rollorientierung, kann direkt über den Bediener und/oder über eine motorbetriebene Mechanik verändert werden. Das offenbarungsgemäße Verfahren kann entsprechend ausgestaltet sein.At least according to exemplary configurations, the observation instrument is a hand-held or hand-guided instrument. However, this is not to be understood as restrictive. According to an alternative embodiment, the observation instrument is held on a tripod or the like. The orientation of the instrument, in particular its roll orientation, can be changed directly via the operator and / or via a motor-driven mechanism. The method according to the disclosure can be designed accordingly.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Stereo-Beobachtung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • - Bereitstellung eines Beobachtungsinstruments mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,
  • - Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments in Bezug auf eine Lagereferenz, und
  • - Betreiben des Bildgebungssystems in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments in einem ersten Wiedergabemodus oder einem zweiten Wiedergabemodus, umfassend:
    • im ersten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst,
    • im zweiten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Mono-Signal umfasst, und
    • bedarfsweises Aufrichten der auszugebenen Bilder in Abhängigkeit von der erfassten Orientierung, zumindest im zweiten Wiedergabemodus,
    • wobei das Betreiben des Bildgebungssystems in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus erfolgt.
According to a further aspect of the present disclosure, the object of the invention is achieved by a method for stereo observation, the method comprising the following steps:
  • - Provision of an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data, which can be combined for stereo observation,
  • - Detection of an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument in relation to a position reference, and
  • - Operating the imaging system as a function of the orientation of the instrument in a first playback mode or a second playback mode, comprising:
    • in the first playback mode output of an image signal which comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data,
    • in the second playback mode, outputting a picture signal which comprises a mono signal, and
    • if necessary, erecting the images to be output depending on the captured orientation, at least in the second playback mode,
    • wherein the imaging system is operated in a first angle of rotation range of the instrument in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument in the second playback mode.

Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.In this way, too, the object of the invention is completely achieved.

Das Verfahren kann auch als bildgebendes Verfahren zur Stereo-Beobachtung bezeichnet werden. Es versteht sich, dass das Verfahren gemäß den im Rahmen dieser Offenbarung beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen des Bildgebungssystems ausgestaltet sein kann, und umgekehrt.The method can also be referred to as an imaging method for stereo observation. It goes without saying that the method can be configured in accordance with the exemplary configurations of the imaging system described in the context of this disclosure, and vice versa.

Das Verfahren umfasst in einer beispielhaften Ausführungsform die Bereitstellung einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Bildgebungssystems.In an exemplary embodiment, the method comprises the provision of a control device for controlling the imaging system.

Das Verfahren umfasst in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens die Bereitstellung eines Stereo-Bildgebungssystems mit einem zur Stereo-Beobachtung ausgebildeten Beobachtungsinstrument, mit zumindest einem Lagesensor zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments, und mit einer Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments zumindest in einem ersten Wiedergabemodus oder in einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten.In a further exemplary embodiment of the method, the method comprises the provision of a stereo imaging system with an observation instrument designed for stereo observation, with at least one position sensor for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument, and with a control device which, as a function of the orientation of the instrument can be operated at least in a first playback mode or in a second playback mode, the control device being designed to output an image signal which, in the first playback mode, comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, and in the second playback mode comprises a mono signal on the basis of the first image data or the second image data, and wherein the control device is designed to erect images output with the image signal in the second reproduction mode as a function of the orientation.

Im ersten Wiedergabemodus werden die ausgegebenen Bilder, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen, nicht aufgerichtet, also unaufgerichtet ausgegeben. Demgemäß würden die angezeigten Bilder gemeinsam mit dem Rotationswinkel (Rollwinkel) des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz rotieren.In the first playback mode, the output images, at least in exemplary configurations, are output not erected, that is to say are output without being erected. Accordingly, the displayed images would rotate along with the angle of rotation (roll angle) of the instrument with respect to the positional reference.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus auszurichten, so dass sich die Orientierung des angezeigten Bildes in Bezug auf einen Anzeigehorizont nicht oder nur innerhalb definierter Grenzen verändert. Das Ergebnis der Ausrichtung ist dann die Wiedergabe aufgerichteter Bilder.According to an exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to align output images in the second playback mode so that the orientation of the displayed image with respect to a display horizon does not change or only changes within defined limits. The result of the alignment is then the reproduction of erected images.

Auf diese Weise kann eine Bildaufrichtung realisiert werden. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff Bildaufrichtung eine Funktion, bei der das wiedergegebene Bild seine Orientierung (oben - unten - rechts - links) beibehält, und zwar auch dann, wenn das Instrument gedreht wird. Insbesondere wird dabei auf eine sogenannte Rollbewegung, also auf eine Rotation der Bilderfassungseinheit bzw. einer damit gekoppelten Objektivbaugruppe abgestellt. Die Rotation definiert eine Achse für die Rollbewegung. Beispielsweise kann die Rotation bei einem Endoskop um die Längsachse eines Instrumentenschaftes erfolgen. Es sind jedoch auch flexible oder teilweise auslenkbare Beobachtungsinstrumente bekannt, bei denen keine starre Längsachse verbaut ist. Ferner sind auch Beobachtungsinstrumente mit einem Schaft und einem daran aufgenommenem Beobachtungskopf bekannt, bei denen die Rotation nicht um die Längsachse des Schaftes sondern um eine Achse durch den Beobachtungskopf erfolgt. Diese Achse ist beispielsweise senkrecht zur Längsachse des Schaftes.Image erection can be realized in this way. In the context of the present disclosure, the term image erection describes a function in which the displayed image maintains its orientation (top - bottom - right - left), even when the instrument is rotated. In particular, what is known as a rolling movement, that is to say a rotation of the image acquisition unit or one coupled to it, is used Lens assembly turned off. The rotation defines an axis for the rolling motion. For example, the rotation of an endoscope can take place around the longitudinal axis of an instrument shaft. However, flexible or partially deflectable observation instruments are also known in which no rigid longitudinal axis is installed. Furthermore, observation instruments with a shaft and an observation head received thereon are also known, in which the rotation does not take place around the longitudinal axis of the shaft but around an axis through the observation head. This axis is, for example, perpendicular to the longitudinal axis of the shaft.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im ersten Wiedergabemodus unaufgerichtet auszugeben, so dass Änderungen der Orientierung des Instruments mit Änderungen der Orientierung der auszugebenden Bilder einhergehen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the control device is designed to output images to be output in the first playback mode without being erected, so that changes in the orientation of the instrument are accompanied by changes in the orientation of the images to be output.

Der Begriff „unaufgerichtet“ wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung derart verstanden, dass die auszugebenden Bilder ohne Aufrichtung, also nicht aufgerichtet, ausgegeben werden. Demgemäß würde etwa ein Objekt im auszugebenden Bild bei einer Rotation des Instruments um 5°um seine Längsachse bei der Wiedergabe ebenso auch um 5° rotiert werden.The term “not erect” is understood in the context of the present disclosure in such a way that the images to be output are output without being erected, that is to say not erect. Accordingly, for example, an object in the image to be output would also be rotated by 5 ° when the instrument was rotated by 5 ° about its longitudinal axis during playback.

Es hat sich gezeigt, dass im ersten Wiedergabemodus unter Umständen auch leichte Drehwinkel akzeptabel sind, bei denen für den Beobachter der stereoskopische Effekt (3D-Effekt mit Tiefeneindruck) wahrnehmbar ist und gleichzeitig die Orientierung im Bild leicht fällt. Daher wird im Rahmen dieser Ausgestaltung vorgeschlagen, innerhalb begrenzter Drehwinkel (auch bezeichnet als Rollwinkel) die stereoskopische Wiedergabe im ersten Wiedergabemodus beizubehalten. Dies macht das Bildgebungssystem toleranter für leichte Drehbewegungen.It has been shown that in the first playback mode, under certain circumstances, slight angles of rotation are also acceptable, at which the observer can perceive the stereoscopic effect (3D effect with impression of depth) and at the same time orientation in the image is easy. It is therefore proposed in the context of this embodiment to maintain the stereoscopic display in the first display mode within limited angles of rotation (also referred to as roll angles). This makes the imaging system more tolerant of slight rotation.

Die Steuereinrichtung ist in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus betreibbar, wobei die Steuereinrichtung in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist. Beispielsweise umfasst der erste Drehwinkelbereich zumindest eine Neutrallage des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz. Ein Drehwinkelbereich ist zumindest ein definierter Unterabschnitt des zur Verfügung stehenden Drehwinkels.The control device can be operated in a first angle of rotation range of the instrument in the first playback mode, wherein the control device can be operated in a second angle of rotation range of the instrument in the second playback mode. For example, the first angle of rotation range includes at least one neutral position of the instrument in relation to the position reference. A rotation angle range is at least a defined subsection of the available rotation angle.

Die Neutrallage umfasst beispielsweise eine parallele Ausrichtung einer Verbindungslinie zwischen den beiden Bildsensoren bzw. den Aperturen der beiden Kanäle in Bezug auf die Horizontale (oder einen künstlichen Horizont). Es versteht sich, dass die Neutrallage bzw. Ausgangslage auch fallweise definiert werden kann, über geeignete Bedienelemente.The neutral position includes, for example, a parallel alignment of a connecting line between the two image sensors or the apertures of the two channels with respect to the horizontal (or an artificial horizon). It goes without saying that the neutral position or starting position can also be defined on a case-by-case basis, using suitable operating elements.

Beispielhaft umfasst die neutrale Lage einen aufgerichteten Zustand (senkrecht zur Stereobasis) in Bezug auf die Lagereferenz (beispielsweise den Horizont). Ausgehend von der Neutrallage kann der Drehwinkel erfasst werden. Ein Rollwinkel ist üblicherweise ein Winkel, der eine Rotation um eine Längsachse (eines Schaftes und/oder der Bilderfassungseinheit) beschreibt.By way of example, the neutral position includes an erect state (perpendicular to the stereo base) with respect to the position reference (for example the horizon). The angle of rotation can be recorded based on the neutral position. A roll angle is usually an angle that describes a rotation about a longitudinal axis (of a shaft and / or of the image acquisition unit).

Der Horizont, der die Neutrallage definiert, kann im Betrieb zumindest gemäß einer beispielhaften Ausführungsform angepasst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise auf globale Bewegungen unter Mitnahme des Beobachtungsinstruments reagiert werden. Die betrifft beispielsweise eine Umlagerung des Patienten unter Mitnahme des Beobachtungsinstruments. Die Anpassung des künstlichen Horizonts kann genutzt werden, um die Position und Orientierung weiterer Instrumente im wiedergegebenen Bild weitgehend beizubehalten, wenn der Patient und das Beobachtungsinstrument gedreht werden, diese weiteren Instrumente jedoch nicht.The horizon that defines the neutral position can be adapted during operation at least according to an exemplary embodiment. In this way, it is possible, for example, to react to global movements while taking along the observation instrument. This relates, for example, to repositioning the patient while taking the observation instrument with him. The adaptation of the artificial horizon can be used to largely maintain the position and orientation of further instruments in the reproduced image if the patient and the observation instrument are rotated, but these further instruments are not.

Denkbare Drehwinkelbereiche können einerseits in Grad (in Bezug auf einen 360°-Vollkreis) oder in Stunden sowie Minuten in Bezug auf ein 12-Uhr Ziffernblatt definiert werden. Eine neutrale Lage entspricht demgemäß einer Ausrichtung von 0° bzw. 0 Uhr. Eine demgegenüber um 180° verdrehte Lage entspricht demgemäß einer Ausrichtung von 180° bzw. 6 Uhr. Zwischenpositionen für den Drehwinkel ergeben sich entsprechend. In einer beispielhaften Ausgestaltung ergänzen sich der erste Drehwinkelbereich und der zweite Drehwinkelbereich zu 360°.Conceivable angles of rotation can be defined on the one hand in degrees (in relation to a 360 ° full circle) or in hours and minutes in relation to a 12 o'clock clock face. A neutral position accordingly corresponds to an alignment of 0 ° or 0 o'clock. In contrast, a position rotated by 180 ° corresponds to an alignment of 180 ° or 6 o'clock. Intermediate positions for the angle of rotation result accordingly. In an exemplary embodiment, the first angle of rotation range and the second angle of rotation range add up to 360 °.

Beispielhaft umfasst der erste Drehwinkelbereich einen Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30°. Demgemäß kann der zweite Drehwinkelbereich einen Bereich zwischen 1 Uhr und 11 Uhr bzw. zwischen 30° und 330° umfassen. Demgemäß wäre das Instrument vollständig um die Längsachse rotierbar.For example, the first angle of rotation range comprises a range between 11 o'clock and 1 o'clock or 330 ° and 30 °. Accordingly, the second angle of rotation range can include a range between 1 o'clock and 11 o'clock or between 30 ° and 330 °. Accordingly, the instrument would be completely rotatable about the longitudinal axis.

Es ist jedoch auch vorstellbar, das Instrument nicht vollständig um seine Längsachse rotierbar zu gestalten (bzw. die Bildaufrichtung nur für einen solchen Teilbereich auszubilden). Beispielhaft wird ein Teilbereich zwischen 9 Uhr und 3 Uhr bzw. 270° und 90° berücksichtigt. Demgemäß kann der erste Drehwinkelbereich weiterhin beispielhaft einen Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30° umfassen. Jedoch weist dann der zweite Drehwinkelbereich (Teil-) Abschnitte zwischen 9 Uhr und 11 Uhr sowie zwischen 1 Uhr und 3 Uhr (entsprechend einem ersten Abschnitt zwischen 270° und 330° sowie einem zweiten Abschnitt zwischen 30° und 90°) auf.However, it is also conceivable not to make the instrument completely rotatable about its longitudinal axis (or to make the image erect only for such a partial area). As an example, a partial range between 9 o'clock and 3 o'clock or 270 ° and 90 ° is taken into account. Accordingly, the first angle of rotation range can furthermore include, for example, a range between 11 o'clock and 1 o'clock or 330 ° and 30 °. However, the second rotation angle range then has (partial) sections between 9 o'clock and 11 o'clock and between 1 o'clock and 3 o'clock (corresponding to a first section between 270 ° and 330 ° and a second section between 30 ° and 90 °).

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens weist der erste Drehwinkelbereich zwei zueinander um 180° versetzte Abschnitte auf. Wenn das Instrument, ausgehend von der Neutrallage, um 180° verdreht wird, ist die Bilderfassungseinheit bzw. sind die beiden Bildsensoren für die ersten und zweiten Bilddaten wiederum parallel zur Lagereferenz (Horizont) ausgerichtet, verdreht. Die Bildsensoren sind seitenvertauscht. Eine solche Rollbewegung um etwa 180° wird allgemein als Flip bezeichnet. Im um 180° versetzten Abschnitt ist auch eine Stereo-Wiedergabe möglich. Dies kann auch eine (statische) Bildaufrichtung umfassen. Für eine Bildaufrichtung wäre die Bildinformation (erste und zweite Bilddaten) für den ersten Beobachtungskanal und den zweiten Beobachtungskanal zu vertauschen (rechts mit links tauschen, und umgekehrt), und die Teilbilder (rechts und links) wären jeweils für sich um 180° zu verdrehen. Gleichwohl erfolgt zusätzlich zu dieser „statischen“ Bildaufrichtung keine kontinuierliche Aufrichtung bei kleinen, von 180° ausgehenden Verdrehungen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the first angle of rotation range has two sections offset from one another by 180 °. If the instrument, starting from the neutral position, is rotated by 180 °, the image acquisition unit or the two image sensors for the first and second image data are again aligned parallel to the position reference (horizon), rotated. The image sensors are reversed. Such a rolling movement of about 180 ° is generally referred to as a flip. Stereo playback is also possible in the section offset by 180 °. This can also include a (static) erection of the image. To erect the image, the image information (first and second image data) for the first observation channel and the second observation channel would have to be swapped (swap right with left, and vice versa), and the partial images (right and left) would each have to be rotated by 180 °. Nevertheless, in addition to this “static” image erection, there is no continuous erection with small rotations starting from 180 °.

Demgemäß umfasst der erste Drehwinkelbereich einen Bereich mit zwei Abschnitten. Ein erster Abschnitt ist beispielhaft zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30° gegeben. Ein zweiter Abschnitt ist beispielhaft zwischen 5 Uhr und 7 Uhr bzw. 150° und 210° gegeben. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt umfasst einen Bereich zwischen 1 Uhr und 5 Uhr bzw. zwischen 30° und 150 °. Der zweite Abschnitt umfasst einen Bereich zwischen 7 Uhr und 11 Uhr bzw. zwischen 210 ° und 330 °. Im Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr (bzw. 330° und 30°) sowie zwischen 5 Uhr und 7 Uhr (bzw. 150° und 210°) ist sodann jeweils eine stereoskopische Beobachtung und Bildwiedergabe ermöglicht. Es versteht sich, dass die vorstehenden Angaben für den ersten Drehwinkelbereich und den zweiten Drehwinkelbereich beispielhafter Natur und nicht einschränkend zu verstehen sind. Der erste Drehwinkelbereich kann symmetrisch zur Lotrechten (0° Stellung) ausgerichtet sein. Ferner sind jedoch auch in Bezug auf die Lotrechte nicht-symmetrische Winkelbereiche vorstellbar.Accordingly, the first angle of rotation range comprises a range with two sections. A first section is given, for example, between 11 a.m. and 1 a.m. or 330 ° and 30 °. A second section is given, for example, between 5 a.m. and 7 a.m. or between 150 ° and 210 °. Accordingly, the second angle of rotation range comprises a first section and a second section. The first section covers a range between 1 o'clock and 5 o'clock or between 30 ° and 150 °. The second section covers a range between 7 a.m. and 11 a.m. or between 210 ° and 330 °. In the area between 11 a.m. and 1 a.m. (or 330 ° and 30 °) and between 5 a.m. and 7 a.m. (or 150 ° and 210 °), stereoscopic observation and image reproduction is then possible. It goes without saying that the above information for the first angle of rotation range and the second angle of rotation range are to be understood as exemplary and not restrictive. The first angle of rotation range can be aligned symmetrically to the perpendicular (0 ° position). Furthermore, however, angular ranges that are not symmetrical with respect to the perpendicular are also conceivable.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal zu tauschen und das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal um etwa 180° zu rotieren.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to swap the first image signal and the second image signal and to rotate the first image signal and the second image signal by approximately 180 °.

Dies erfolgt vorzugsweise in dem Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs, der der Neutrallage um 180° versetzt gegenüberliegt. Auf diese Weise kann auch bei einem Flip eine statische Bildaufrichtung mit 3D-Funktion bereitgestellt werden.This is preferably done in the section of the first angle of rotation range which is offset from the neutral position by 180 °. In this way, static image erection with a 3D function can also be provided for a flip.

Demgemäß umfasst der erste Wiedergabemodus gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Betriebsarten. Die erste Betriebsart betrifft eine ursprüngliche Ausrichtung im Einklang mit der Lagereferenz (die beispielsweise die Neutrallage definiert). Die zweite Betriebsart betrifft den Flip-Modus (Verdrehung um 180° hierzu). Demgemäß kann der erste Abschnitt auch als Referenz-Abschnitt und der zweite Abschnitt als Flip-Abschnitt bezeichnet werden.Accordingly, the first reproduction mode according to this embodiment comprises two modes. The first mode of operation relates to an initial alignment in accordance with the position reference (which defines the neutral position, for example). The second operating mode concerns the flip mode (rotation by 180 ° for this). Accordingly, the first section can also be referred to as a reference section and the second section as a flip section.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens umfasst der zweite Drehwinkelbereich zumindest eine um 90° verdrehte Lage des Instruments gegenüber der Lagereferenz. Dies gilt beispielhaft auch für eine um 270° verdrehte Lage. Jedenfalls in einem solchen Bereich (Rollwinkel von 90° bzw. 270°) ist die Stereo-Funktionalität nicht ohne weiteres nutzbar, sofern ein aufgerichtetes Bild gewünscht ist. Daher ist es vertretbar, in diesem Bereich lediglich einen Beobachtungskanal zu nutzen, um ein 2D-Bild auszugeben. Dieses Bild kann sodann, zumindest in beispielhaften Ausführungsformen, elektronisch rotiert werden, um das Bild bedarfsweise aufzurichten.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the second angle of rotation range includes at least one position of the instrument rotated by 90 ° with respect to the position reference. This also applies, for example, to a position rotated by 270 °. In any case, in such an area (roll angle of 90 ° or 270 °), the stereo functionality cannot be used without further ado if an erect image is desired. It is therefore justifiable to use only one observation channel in this area in order to output a 2D image. This image can then, at least in exemplary embodiments, be electronically rotated in order to straighten the image if necessary.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens umfasst der erste Drehwinkelbereich, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° (Grad) eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, einen ersten Abschnitt, der einen Bereich mit erster Grenze zwischen 310° und 350° und zweiter Grenze zwischen 10° und 50° umfasst, und wobei der erste Drehwinkelbereich vorzugsweise einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt um 180° versetzen Abschnitt aufweist.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the first angle of rotation range, based on an angle scale, at which 0 ° (degrees) describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, comprises a first section, which is a range with a first boundary between 310 ° and 350 ° and the second limit between 10 ° and 50 °, and wherein the first angle of rotation range preferably has a second section offset by 180 ° with respect to the first section.

Beispielhaft ist der erste Drehwinkelbereich symmetrisch in Bezug auf eine Vertikale (bei 0°) angeordnet. Demgemäß umfasst der erste Drehwinkelbereich beispielhaft einen Bereich zwischen +/- 10° (plus/minus 10°) und +/- 50° bezüglich der Vertikalen, deckt also bei kleinem Bereich 0° +/- 10° und bei großem Bereich 0° +/- 50° ab. Beispielhaft deckt der erste Drehwinkelbereich einen Bereich von 0° +/- 45° ab. In einem weiteren Beispiel deckt der erste Drehwinkelbereich einen Bereich von 0° +/- 30° ab. Demgemäß kann der zweite Abschnitt einen Bereich von 180° +/- 10° bis hin zu 180° +/- 50° abdecken, beispielhaft 180° +/- 30° oder 180° +/- 45°.By way of example, the first angle of rotation range is arranged symmetrically with respect to a vertical (at 0 °). Accordingly, the first angle of rotation range includes, for example, a range between +/- 10 ° (plus / minus 10 °) and +/- 50 ° with respect to the vertical, i.e. covers 0 ° +/- 10 ° for a small area and 0 ° + for a large area / - 50 °. For example, the first angle of rotation range covers a range of 0 ° +/- 45 °. In a further example, the first angle of rotation range covers a range of 0 ° +/- 30 °. Accordingly, the second section can cover a range from 180 ° +/- 10 ° up to 180 ° +/- 50 °, for example 180 ° +/- 30 ° or 180 ° +/- 45 °.

Absolut betrachtet erstreckt sich in einem Ausführungsbeispiel der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 330° und 30°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 150° und 210° erstreckt. Der zweite Drehwinkelbereich, in dem das Instrument im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, kann sich komplementär zum ersten Drehwinkelbereich erstrecken, also beispielsweise mit einem ersten Abschnitt zwischen 30° und 150° sowie einem zweiten Abschnitt zwischen 210° und 330°.Viewed in absolute terms, in one exemplary embodiment the first section of the first angle of rotation range extends between 330 ° and 30 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 150 ° and 210 °. The second angle of rotation range in which the instrument can be operated in the second playback mode can extend complementarily to the first angle of rotation range, that is to say, for example, with a first section between 30 ° and 150 ° and a second section between 210 ° and 330 °.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 315° und 45°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 135° und 225° erstreckt. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt zwischen 45° und 135° sowie einen zweiten Abschnitt zwischen 225° und 315°.In a further exemplary embodiment, the first section of the first angle of rotation range extends between 315 ° and 45 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 135 ° and 225 °. Accordingly, the second angle of rotation range in this exemplary embodiment comprises a first section between 45 ° and 135 ° and a second section between 225 ° and 315 °.

In einem dritten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 345° und 15°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 165° und 195° erstreckt. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt zwischen 15° und 165° sowie einen zweiten Abschnitt zwischen 195° und 345°.In a third exemplary embodiment, the first section of the first angle of rotation range extends between 345 ° and 15 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 165 ° and 195 °. Accordingly, the second angle of rotation range in this exemplary embodiment comprises a first section between 15 ° and 165 ° and a second section between 195 ° and 345 °.

Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsbeispiele für den ersten Drehwinkelbereich, also für den ersten Wiedergabemodus, und den zweiten Drehwinkelbereich, also den zweiten Wiedergabemodus, vorstellbar sind.It goes without saying that other exemplary embodiments for the first angle of rotation range, that is to say for the first playback mode, and the second angle of rotation range, that is to say the second playback mode, are also conceivable.

Der erste Drehwinkelbereich, also der Bereich mit Stereo-Wiedergabe aber ohne umfassende Bildaufrichtung, wird beispielsweise derart gewählt, dass sich der Bediener noch gut im Bild orientieren kann, was bei leichter Schrägstellung oft der Fall ist. Es ergibt sich der Vorteil der Stereo-Wiedergabe. Je nach konkretem Einsatz des Bildgebungssystems bzw. in Abhängigkeit von objektiven und subjektiven Präferenzen verschiedener Bediener können der erste Drehwinkelbereich bzw. der zweite Drehwinkelbereich definiert werden.The first angle of rotation range, that is to say the range with stereo reproduction but without comprehensive image erection, is selected, for example, in such a way that the operator can still orientate himself well in the image, which is often the case with a slight inclination. There is the advantage of stereo playback. Depending on the specific use of the imaging system or depending on the objective and subjective preferences of different operators, the first angle of rotation range or the second angle of rotation range can be defined.

Es ist vorstellbar, den ersten Drehwinkelbereich fest vorzugeben. Es ist auch vorstellbar, eine geringe Anzahl an Varianten für den ersten Drehwinkelbereich (etwa +/- 30° oder +/-45°, jeweils bezogen auf die Vertikale - bei 0° und gegebenenfalls bei 180°) vorzugeben, zwischen denen der Bediener wählen kann. Es ist auch vorstellbar, dem Bediener die Möglichkeit zu geben, den ersten Drehwinkelbereich und damit auch den zweiten Drehwinkelbereich in weiten Grenzen frei festzulegen.It is conceivable to fix the first angle of rotation range. It is also conceivable to specify a small number of variants for the first angle of rotation range (about +/- 30 ° or +/- 45 °, each related to the vertical - at 0 ° and possibly at 180 °), between which the operator can choose can. It is also conceivable to give the operator the option of freely defining the first angle of rotation range and thus also the second angle of rotation range within wide limits.

Allgemein können die Abschnitte Bereiche von zumindest 355° bis 5° (also zumindest +/-5°) sowie von zumindest 175° bis 185° umfassen. Dies umfasst Ausführungsbeispiele, bei denen der erste Winkelbereich Werte zwischen +/- 30° und +/- 45° umfasst, jeweils bezogen auf eine 0° Stellung und gegebenenfalls eine 180° Stellung. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Andere Winkelbereiche sind vorstellbar. Wenn einer der beiden Drehwinkelbereiche definiert ist, kann der korrespondierende andere Drehwinkelbereich hergeleitet werden. Die beiden Drehwinkelbereiche ergänzen sich in diesem Ausführungsbeispiel zu 360°. Am Vollkreis kann jeder der beiden Drehwinkelbereiche zweimal vorgesehen sein, um 180° versetzt.In general, the sections can include areas of at least 355 ° to 5 ° (that is to say at least +/- 5 °) and of at least 175 ° to 185 °. This includes exemplary embodiments in which the first angular range comprises values between +/- 30 ° and +/- 45 °, in each case based on a 0 ° position and possibly a 180 ° position. However, this is not to be understood as restrictive. Other angular ranges are conceivable. If one of the two rotation angle ranges is defined, the corresponding other rotation angle range can be derived. In this exemplary embodiment, the two rotation angle ranges add up to 360 °. Each of the two rotation angle ranges can be provided twice on the full circle, offset by 180 °.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der erste Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 315° und 45° sowie zwischen 135° und 225°. Damit umfasst der zweite Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 45° und 135° sowie zwischen 215° und 315°. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der erste Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 330° und 30° sowie zwischen 150° und 210°. Damit umfasst der zweite Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 30° und 150° sowie zwischen 210° und 330°. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.According to a further exemplary embodiment, the first angle of rotation range comprises sections between 315 ° and 45 ° and between 135 ° and 225 °. The second angle of rotation range thus includes sections between 45 ° and 135 ° and between 215 ° and 315 °. According to a further exemplary embodiment, the first angle of rotation range comprises sections between 330 ° and 30 ° and between 150 ° and 210 °. The second angle of rotation range thus includes sections between 30 ° and 150 ° and between 210 ° and 330 °. However, this is not to be understood as restrictive.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu betreibbar, bei einem Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus einen angepassten Übergang zu ermöglichen, wobei der Übergang vorzugsweise eine Anpassung zwischen der Orientierung des Mono-Signals im zweiten Wiedergabemodus sowie der Orientierung des Stereo-Signals im ersten Wiedergabemodus bei einem Schaltwinkel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus umfasst.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device can be operated to enable an adapted transition when changing between the first playback mode and the second playback mode, the transition preferably being an adaptation between the orientation of the mono signal in the second playback mode and the orientation of the stereo signal in the first playback mode at a switching angle between the first playback mode and the second playback mode.

Der Übergang (auch bezeichnet als Übergangsmodus) macht den Wechsel zwischen der Stereo-Darstellung und der 2D-Darstellung harmonischer für den Bediener. Bildsignale, die im ersten Wiedergabemodus (Stereo) ausgegeben werden, sind regelmäßig für das rechte und das linke Auge separat aufbereitet. Dies kann beispielsweise Halbbilder umfassen, welche das Beobachtungsobjekt aus zwei leicht voneinander abweichenden Blickwinkeln zeigen. Beim Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus (und umgekehrt) erfolgt demgemäß ein Wechsel zwischen einer Darstellung mit zwei unterschiedlichen Halbbildern sowie einer Darstellung mit einheitlichen Bildern für das rechte und das linke Auge. Beispielsweise erfolgt beim Übergang ein bewusstes Ausblenden eines der beiden Halbbilder, woraufhin das andere Halbbild für beide Augen maßgeblich wird (und umgekehrt beim anderen Wiedergabemodus).The transition (also referred to as transition mode) makes the change between the stereo display and the 2D display more harmonious for the operator. Image signals that are output in the first playback mode (stereo) are regularly processed separately for the right and left eye. This can include, for example, fields that show the observation object from two slightly different viewing angles. When changing between the first playback mode and the second playback mode (and vice versa) there is accordingly a change between a display with two different fields and a display with uniform images for the right and left eyes. For example, during the transition, one of the two fields is deliberately faded out, whereupon the other field becomes decisive for both eyes (and vice versa in the other display mode).

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, im zweiten Wiedergabemodus ausgegebene Bilder drehwinkelabhängig auszurichten, so dass vorzugsweise ein sprungarmer oder sprungfreier Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus erfolgt.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to align images output in the second playback mode dependent on the angle of rotation, so that a transition between the first playback mode and the second playback mode is preferably made with few or no jumps.

Auf diese Weise wird ein stetiger oder nahezu stetiger Übergang ohne ein „springendes“ Bild ermöglicht. Es gibt also vorzugsweise keine sprunghaften Änderungen der Drehorientierung des Bildes, wenn das Instrument gedreht wird und ein Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabemodus erfolgt. Mit anderen Worten ist zumindest in beispielhaften Ausführungsformen ein drehwinkelsprungarmer oder drehwinkelspungfreier Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus ermöglicht. Es versteht sich, dass auch kleinere Sprünge durchaus akzeptabel und möglich sein können. Diese Sprünge sollten jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf die visuelle Orientierung des Beobachters im angezeigten Bild haben.In this way, a steady or almost steady transition is made possible without a “jumping” image. There are therefore preferably no sudden changes in the rotational orientation of the image when the instrument is rotated and there is a change between the first and the second playback mode. In other words, at least in exemplary embodiments, a transition between the first reproduction mode and the second reproduction mode with little or no rotation angle jump is made possible. It goes without saying that smaller jumps can also be perfectly acceptable and possible. However, these jumps should not have any adverse effects on the visual orientation of the observer in the displayed image.

Mit dieser Gestaltung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass zumindest in beispielhaften Ausführungsformen der erste Wiedergabemodus tolerante Winkelbereiche umfasst (etwa 330° bis 30° oder sogar größer), in denen das Bild in der Objektebene stereoskopisch erfasst und wiedergegeben wird, wobei in diesem (kleinen) Bereich auf eine strenge Aufrichtung des Bildes verzichtet wird. Stereo-Wiedergabe ist regelmäßig nur dann sinnvoll, wenn das angezeigte Bild gleichsam mit der Drehung des Instruments rotiert.This configuration takes into account the fact that, at least in exemplary embodiments, the first playback mode comprises tolerant angular ranges (about 330 ° to 30 ° or even larger) in which the image is stereoscopically captured and displayed in the object plane, in which case (small ) Area, a strict straightening of the image is dispensed with. Stereo playback only makes sense if the displayed image rotates with the rotation of the instrument.

Wenn man jedoch dann den ersten Winkelbereich verlässt, in dem der erste Wiedergabemodus möglich ist, dann würde bei einem abrupten Übergang in den zweiten Wiedergabemodus gegebenenfalls eine sofortige Aufrichtung des Bildes in Bezug auf die Lagereferenz stattfinden. Dies hat jedoch zur Folge, dass das Bild aus Sicht des Beobachters „vorspringen“ bzw. „zurückspringen“ würde. Daher ist es zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen angedacht, einen Übergabemodus bereitzustellen, um diesen Übergang weniger abrupt zu gestalten.However, if one then leaves the first angular range in which the first display mode is possible, an abrupt transition to the second display mode would possibly result in an immediate straightening of the image with respect to the positional reference. However, this has the consequence that the image would “jump forward” or “jump back” from the observer's point of view. It is therefore envisaged, at least in exemplary configurations, to provide a transfer mode in order to make this transition less abrupt.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens interpoliert die Steuereinrichtung im zweiten Wiedergabemodus die auszugebenden Bilder zwischen dem unaufgerichteten Zustand und dem aufgerichteten Zustand.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the control device interpolates the images to be output between the non-erect state and the erected state in the second reproduction mode.

Auf diese Weise kann der Übergang durch geeignete Interpolationsschritte gleichmäßig und idealerweise ruckfrei oder ruckarm gestaltet werden. Dies verbessert die Wahrnehmung und vermeidet übermäßige optische Belastungen des Benutzers bei der Wahrnehmung.In this way, the transition can be designed uniformly and ideally without jerks or with little jerks by means of suitable interpolation steps. This improves perception and avoids excessive visual stress on the user during perception.

In Abhängigkeit vom Drehwinkel des Instruments ändert sich mithin die Orientierung des auszugebenden Bildes, wobei gleichwohl eine Aufrichtung erfolgt. Die Interpolation der Bilder (bzw. die Interpolation der Orientierung der Bilder) trägt dazu bei, Sprünge beim Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Die Interpolation erfolgt beispielsweise zwischen einer Ist-Verdrehung bei der Übergabe zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus und einer Soll-Orientierung, welche dem (ideal oder nahezu ideal) aufgerichteten Bild entspricht.The orientation of the image to be output changes as a function of the angle of rotation of the instrument, and an upright position nevertheless takes place. The interpolation of the images (or the interpolation of the orientation of the images) helps avoid or at least reduce jumps in the transition between the first playback mode and the second playback mode. The interpolation takes place, for example, between an actual rotation during the transfer between the first reproduction mode and the second reproduction mode and a target orientation which corresponds to the (ideally or almost ideally) erected image.

Damit erfolgt unmittelbar beim Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus kein „Sprung“ des Bildes bzw. keine abrupte Verdrehung des Bildes. Stattdessen wird das Bild kontinuierlich bewegt bzw. verdreht. Somit nimmt der Beobachter einerseits den Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus wahr (der auch einen Wechsel zwischen 3D und 2D umfasst). Ferner kann der erste Wiedergabemodus mit der stereoskopischen Wiedergabe hinreichend tolerant gestaltet werden, so dass der Stereo-Effekt nicht nur bei absolut genauer Ausrichtung der Bilderfassungseinheit in Bezug auf die Lagereferenz möglich ist.This means that there is no “jump” of the image or no abrupt rotation of the image immediately during the transition between the first playback mode and the second playback mode. Instead, the image is continuously moved or rotated. Thus, on the one hand, the observer perceives the change between the first playback mode and the second playback mode (which also includes a change between 3D and 2D). Furthermore, the first playback mode with the stereoscopic playback can be designed to be sufficiently tolerant, so that the stereo effect is not only possible with an absolutely precise alignment of the image acquisition unit with respect to the position reference.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen einem Schaltwinkel, der dem Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zugeordnet ist, und bei dem das Bild insbesondere eine dem Schaltwinkel entsprechende Orientierung aufweist, und einem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus aufzurichten.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to display images to be output in the second playback mode between a switching angle that is assigned to the transition between the first playback mode and the second playback mode, and in which the image is in particular an orientation corresponding to the switching angle has, and to erect a critical angle or critical angle range of the instrument in the second playback mode.

Beispielhaft beschreibt der Grenzwinkel einen Bereich, in dem das wiedergegebene Bild vollständig aufgerichtet ist, bei dem also die Orientierung des wiedergegebenen Bildes mit der Soll-Orientierung, definiert durch die Lagereferenz bzw. einen gewählten künstlichen Horizont, übereinstimmt. Beispielhaft wird der Grenzwinkel einer Drehorientierung des Instruments von 90° sowie von 270° zugeordnet. Es kann also zwei Grenzwinkel geben. Es ist auch vorstellbar, die vollständige Aufrichtung des Bildes in einem Grenzwinkelbereich anzubieten, also nicht nur bei einer bestimmten Winkelposition. Ein solcher Grenzwinkelbereich kann beispielhaft einen Bereich von 90° +/- 15° abdecken. Ein komplementärer, zweiter Grenzwinkelbereich kann beispielhaft einen Bereich von 270° +/- 15° abdecken. Die bedeutet, dass das wiedergegebene Bild bei Drehung des Instruments in diesem Bereich seine Aufrichtung nicht oder nur unwesentlich ändert.By way of example, the critical angle describes an area in which the reproduced image is completely erect, i.e. in which the orientation of the reproduced image corresponds to the target orientation defined by the position reference or a selected artificial horizon. By way of example, the critical angle is assigned to a rotational orientation of the instrument of 90 ° and 270 °. So there can be two critical angles. It is also conceivable to offer the complete erection of the image in a critical angle range, that is, not only at a specific angular position. Such a critical angle range can, for example, cover a range of 90 ° +/- 15 °. A complementary, second critical angle range can, for example, cover a range of 270 ° +/- 15 °. This means that when the instrument is rotated in this area, the displayed image does not change its upright position or only changes it insignificantly.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens liegt der Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, bei 25° bis 50°, vorzugsweise bei 30° bis 45°. Bei einer symmetrischen Ausbildung des ersten Winkelbereichs gibt es demgemäß symmetrisch zur Vertikalen einen weiteren Schaltwinkel, beispielsweise im Bereich zwischen 310° und 335°, vorzugsweise bei 315° bis 330°. Die Schaltwinkel entsprechen in einer beispielhaften Ausführungsform den Grenzen des ersten Drehwinkelbereichs im ersten Wiedergabemodus.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, is 25 ° to 50 °, preferably 30 ° to 45 °. If the first angular range is symmetrical, there is accordingly a further switching angle symmetrical to the vertical, for example in the range between 310 ° and 335 °, preferably at 315 ° to 330 °. In an exemplary embodiment, the switching angles correspond to the limits of the first rotation angle range in the first playback mode.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen dem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich und einem weiteren Schaltwinkel derart zu verdrehen, dass die Orientierung des angezeigten Bildes an den weiteren Schaltwinkel angepasst wird, wenn das Instrument zum weiteren Schaltwinkel hin verdreht wird.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to rotate images to be output in the second playback mode between the critical angle or critical angle range and a further switching angle in such a way that the orientation of the displayed image is adapted to the further switching angle when the instrument is rotated towards the wider switching angle.

Der weitere Schaltwinkel beschreibt den Übergang zwischen dem zweiten Wiedergabemodus und dem ersten Wiedergabemodus in einer Über-Kopf-Ausrichtung des Instruments, wobei angesichts der zumindest näherungsweise um 180° verdrehten Lage der Instruments für die stereoskopische Wiedergabe das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal getauscht und jeweils um 180° rotiert werden, zumindest in einer beispielhaften Ausgestaltung. Das Bild steht also grundsätzlich aufrecht, wobei gewisse Drehwinkel für eine robuste Stereo-Wiedergabe toleriert werden.The further switching angle describes the transition between the second playback mode and the first playback mode in an overhead orientation of the instrument, in view of the at least approximately 180 ° rotated position of the instrument for stereoscopic playback, the first image signal and the second image signal are swapped and each be rotated by 180 °, at least in one exemplary embodiment. The picture is basically upright, with certain angles of rotation being tolerated for robust stereo reproduction.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird das wiedergegebene Bild folglich nicht in einem über den (ersten) Schaltwinkel hinaus verdrehten Zustand gezeigt. In einem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet dies, dass das wiedergegebene Bild sowohl im ersten Wiedergabemodus als auch im zweiten Wiedergabemodus lediglich in einem innerhalb +/-45° verdrehten Zustand gezeigt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das wiedergegebene Bild sowohl im ersten Wiedergabemodus als auch im zweiten Wiedergabemodus lediglich in einem innerhalb +/- 30° verdrehten Zustand gezeigt.In an exemplary embodiment, the reproduced image is consequently not shown in a state that is rotated beyond the (first) switching angle. In a first exemplary embodiment, this means that the reproduced image is only shown in a state rotated within +/- 45 ° both in the first reproduction mode and in the second reproduction mode. In a further exemplary embodiment, the reproduced image is only shown in a state rotated within +/- 30 ° both in the first reproduction mode and in the second reproduction mode.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens liegt der weitere Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, bei 130° bis 155°, vorzugsweise bei 135° bis 150°, wobei der Grenzwinkel bei etwa 90° liegt. Bei einer symmetrischen Ausrichtung des ersten Winkelbereichs gibt es demgemäß symmetrisch zur Vertikalen einen weiteren Schaltwinkel, beispielsweise im Bereich zwischen 205° und 230°, vorzugsweise bei 210° bis 225°.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the further switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, is 130 ° to 155 °, preferably 135 ° to 150 ° , the critical angle being around 90 °. With a symmetrical alignment of the first angular range, there is accordingly a further switching angle symmetrical to the vertical, for example in the range between 205 ° and 230 °, preferably 210 ° to 225 °.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Instruments erlaubt die Steuereinrichtung eine Veränderung der Lagereferenz, insbesondere eine Veränderung gegenüber einer idealen Lagereferenz, die durch die Orientierung der Bilderfassungseinheit vorgegeben ist. Üblicherweise ergibt sich die Lagereferenz durch die Anordnung der beiden Aperturen der Bilderfassungseinheit. Beispielsweise befindet sich das Instrument in einer idealen Ausrichtung, in der ein Beobachter ein aufrecht stehendes Bild stereoskopisch wahrnehmen kann, wenn die beiden Aperturen in einer horizontalen Ebene zueinander versetzt angeordnet sind (horizontale Ausrichtung der Stereobasis).According to a further exemplary embodiment of the instrument, the control device allows a change in the position reference, in particular a change from an ideal position reference that is predetermined by the orientation of the image acquisition unit. The position reference usually results from the arrangement of the two apertures of the image acquisition unit. For example, the instrument is in an ideal alignment in which an observer can stereoscopically perceive an upright image if the two apertures are arranged offset from one another in a horizontal plane (horizontal alignment of the stereo base).

Demgemäß wäre diese Ausrichtung auch die Referenz für die Bildaufrichtung im zweiten Wiedergabemodus. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle bekannt, bei denen eine Anpassung der Lagereferenz gewünscht ist. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn das Beobachtungsobjekt (zum Beispiel der Patient) umgelagert wird, aber wenn gleichzeitig die Zuordnung zwischen dem Beobachtungsobjekt und dem vom Beobachtungsinstrument ausgegebenen (aufgerichteten) Bild beibehalten werden sollte. Dann kann ein künstlicher Horizont definiert werden, der sich durch einen gewählten Versatz (Versatzwinkel) gegenüber dem ursprünglichen Horizont (zum Beispiel in der idealen Ausrichtung) ergibt.Accordingly, this alignment would also be the reference for the image erection in the second display mode. However, there are also known applications in which an adaptation of the position reference is desired. This can be the case, for example, if the observation object (for example the patient) is repositioned, but if at the same time the association between the observation object and the (erected) image output by the observation instrument should be maintained. An artificial horizon can then be defined, which results from a selected offset (offset angle) relative to the original horizon (for example in the ideal alignment).

In einem solchen Betriebsmodus mit angepasstem künstlichen Horizont kann nunmehr der neu eingestellte künstliche Horizont die neue Lagereferenz für die Ausrichtung des Instruments darstellen. Im zweiten Wiedergabemodus können die wiedergegebenen Bilder unter Beachtung der neuen Lagereferenz aufgerichtet werden. Es versteht sich, dass im ersten Wiedergabemodus bei geändertem künstlichen Horizont gleichwohl die physische Ausrichtung der Bilderfassungseinheit nicht verändert wird. Bei einem Wechsel vom zweiten Wiedergabemodus hin zum ersten Wiedergabemodus erfolgt ein Übergang zwischen dem aufgerichteten 2D-Bild hin zum nicht aufgerichteten stereoskopischen Bild. Das Bild würde also „vor“ oder „zurück“ springen, wobei der Übergang wie vorstehend geschildert fließend gestaltet werden kann. Ob das Bild „vor“ oder „zurück“ springt, ist von der Drehrichtung abhängig. Ähnliches kann sich ergeben, wenn der erste Wiedergabemodus neben dem ersten Abschnitt (Neutrallage) auch einen um 180° hierzu versetzten zweiten Abschnitt (Flip-Lage) umfasst.In such an operating mode with an adapted artificial horizon, the newly set artificial horizon can now represent the new position reference for the alignment of the instrument. In the second playback mode, the displayed images can be erected taking into account the new position reference. It goes without saying that, in the first playback mode, when the artificial horizon is changed, the physical alignment of the image acquisition unit is not changed. When changing from the second playback mode to the first playback mode, there is a transition between the erected 2D image and the non-erect stereoscopic image. The picture would jump “forwards” or “backwards”, whereby the transition can be designed fluently as described above. Whether the image jumps "forwards" or "backwards" depends on the direction of rotation. Something similar can result if the first playback mode includes, in addition to the first section (neutral position), a second section (flip position) offset from this by 180 °.

Zur Erfassung der Drehlage/Orientierung der Bilderfassungseinheit ist beispielhaft zumindest ein Lagesensor vorgesehen. Der Lagesensor erfasst beispielhaft eine Rollposition (Drehung um die Längsachse) des Beobachtungsinstruments und/oder der Bilderfassungseinheit. Bei einem Stereo-Endoskop erfasst der Lagesensor beispielhaft eine Rollposition des Instrumentenschaftes.For detecting the rotational position / orientation of the image capturing unit, at least one is exemplary Position sensor provided. The position sensor detects, for example, a rolling position (rotation about the longitudinal axis) of the observation instrument and / or the image recording unit. In the case of a stereo endoscope, the position sensor detects a rolling position of the instrument shaft, for example.

Es sind verschiedene Ausgestaltungen des Lagesensors vorstellbar. Dieser kann einen oder mehrere Beschleunigungssensoren umfassen. Beschleunigungssensoren können Relativpositionen erfassen. Zur Erfassung einer absoluten Position/Orientierung bieten sich beispielhaft Gyroskope o. ä. Sensoren an. Es versteht sich, dass der Lagesensor zumindest einen diskreten Sensor umfassen kann. Der Lagesensor ist in beispielhaften Ausführungsformen im Instrument angeordnet. Der Lagesensor ist beispielsweise im Schaft des Instruments,im Handgriff oder im Beobachtungskopf angeordnet.Various configurations of the position sensor are conceivable. This can include one or more acceleration sensors. Acceleration sensors can detect relative positions. For example, gyroscopes or similar sensors can be used to record an absolute position / orientation. It goes without saying that the position sensor can comprise at least one discrete sensor. In exemplary embodiments, the position sensor is arranged in the instrument. The position sensor is arranged, for example, in the shaft of the instrument, in the handle or in the observation head.

Der Lagesensor kann beim proximalen Ende oder beim distalen Ende des Instruments angeordnet sein. Wenn mehrere Sensoren verbaut sind, können diese räumlich verteilt sein. Eine räumliche Verteilung erlaubt die Erfassung der Lage bzw. der Orientierung unter Berücksichtigung der Relativorientierung zwischen den Lagesensoren.The position sensor can be arranged at the proximal end or at the distal end of the instrument. If several sensors are installed, they can be spatially distributed. A spatial distribution allows the position or the orientation to be recorded, taking into account the relative orientation between the position sensors.

Es ist jedoch auch vorstellbar, den Lagesensor zumindest teilweise softwaretechnisch auszugestalten. Bei dem Lagesensor muss es sich also nicht unbedingt um einen diskreten Sensor handeln. Der Lagesensor kann auch ein am oder im Instrument befindlicher Tracker sein, der von einem externen Navigationssystem optisch, über Magnetfeldänderungen oder direkte elektro-magnetische Signalübertragungen erfasst wird und die Berechnung der Lage des Instruments ermöglicht. Eine Lage des aufgenommenen und wiedergegebenen Bildes kann auch über Bildverarbeitungsvorgänge erfasst werden, insbesondere wenn eine Bewegung verfolgt wird. Dies kann beispielsweise eine Mustererkennung umfassen, so dass im Bild eine Lage bestimmt und diese bei der Bewegung des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit stetig beibehalten wird, zumindest im zweiten Wiedergabemodus.However, it is also conceivable to design the position sensor at least partially in terms of software. The position sensor does not necessarily have to be a discrete sensor. The position sensor can also be a tracker located on or in the instrument, which is recorded optically by an external navigation system, via magnetic field changes or direct electromagnetic signal transmissions, and which enables the position of the instrument to be calculated. A position of the recorded and reproduced image can also be recorded via image processing operations, in particular when a movement is being tracked. This can include, for example, pattern recognition, so that a position is determined in the image and this position is continuously maintained during the movement of the instrument or the image acquisition unit, at least in the second playback mode.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist das Beobachtungsinstrument als Instrument mit geneigter Blickrichtung ausgebildet. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter einer geneigten Blickrichtung beispielsweise eine Neigung einer optischen Achse des Objektivs in Bezug auf eine Längsachse (Drehachse) des Schaftes zu verstehen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the observation instrument is designed as an instrument with an inclined viewing direction. In the context of the present disclosure, an inclined viewing direction is to be understood as meaning, for example, an inclination of an optical axis of the objective with respect to a longitudinal axis (axis of rotation) of the shaft.

Es sind Instrumente mit beispielsweise um 10°, 15°, 20° 30° oder 45° geneigter Blickrichtung bekannt. Derartige Neigungswinkel sind auch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorstellbar. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen umfasst der Begriff geneigte Blickrichtung keine absolut seitliche Blickrichtung (90° gegenüber der Längsachse verkippt). Derartige Instrumente werden als Seitenblickinstrumente bezeichnet.Instruments with a viewing direction inclined by 10 °, 15 °, 20 °, 30 ° or 45 °, for example, are known. Such angles of inclination are also conceivable within the scope of the present disclosure. However, this is not to be understood as restrictive. At least in exemplary embodiments, the term inclined viewing direction does not include an absolutely lateral viewing direction (tilted 90 ° with respect to the longitudinal axis). Such instruments are referred to as side-viewing instruments.

Es sind auch Instrumente mit variabler Blickrichtung bekannt, bei denen ein Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse verstellbar ist. Ein Instrument mit geneigter Blickrichtung kann auch als Schrägblick-Instrument bezeichnet werden. Der Neigungswinkel der Blickrichtung umfasst beispielhaft Bereiche zwischen 10° und 60° in Bezug auf die Längsachse.Instruments with a variable viewing direction are also known, in which an angle of inclination can be adjusted with respect to the longitudinal axis. An instrument with an inclined viewing direction can also be referred to as an angled viewing instrument. The angle of inclination of the viewing direction includes, for example, ranges between 10 ° and 60 ° with respect to the longitudinal axis.

Instrumente mit geneigter Blickrichtung bringen bei der Rollbewegung um die Schaftachse besondere Herausforderungen mit sich, wenn es auf die stereoskopische Beobachtung ankommt. Instrumente mit geneigter Blickrichtung werden häufig bewusst um die Schaftachse verdreht, um das aktuelle Sichtfeld zu variieren bzw. die Darstellung von Objekten im Sichtfeld zu verändern. Auf diese Weise können abhängig vom jeweiligen Rollwinkel verschiedene Bereiche bzw. Beobachtungsobjekte beobachtet werden. Dies bedeutet jedoch zumindest in beispielhaften Ausführungsformen, dass bestimmte Abschnitte der Drehbereiche stereoskopisch erfasst werden können, wogegen andere Abschnitte nur monoskopisch erfasst und wiedergegeben werden können, jedenfalls dann, wenn eine Bildaufrichtung gewünscht ist.Instruments with an inclined line of sight pose particular challenges when rolling around the shaft axis when stereoscopic observation is important. Instruments with an inclined line of sight are often deliberately rotated around the shaft axis in order to vary the current field of view or to change the representation of objects in the field of view. In this way, different areas or observation objects can be observed depending on the respective roll angle. However, at least in exemplary embodiments, this means that certain sections of the rotary areas can be recorded stereoscopically, whereas other sections can only be recorded and reproduced monoscopically, at least when an image erection is desired.

Wenn nämlich bei der stereoskopischen Beobachtung die Einzelbilder jeweils für sich aufgerichtet werden, dann müsste bei einer Drehung (Rollbewegung) des Instruments auch die Orientierung der Stereobasis in Abhängigkeit vom Drehwinkel angepasst werden, damit eine stereoskopische Beobachtung mit dem rechten und linken Auge möglich ist. Demgemäß wäre eine zusätzliche kombinierte, interne Schwenkbewegung der Bildsensoren bzw. der Objektive der Bilderfassungseinheit erforderlich, damit die Stereobasis an die gewünschte Bildorientierung bei der Wiedergabe und die gegebene Drehorientierung der Bilderfassungseinheit angepasst wird. Dies ist jedoch mechanisch kaum umsetzbar. Zusätzlich erschwert die geneigte Blickrichtung die Komposition eines aufgerichteten Stereo-Bildes bei beliebigen Drehorientierungen der Bilderfassungseinheit.If, in stereoscopic observation, the individual images are erected individually, then the orientation of the stereo base would also have to be adjusted depending on the angle of rotation when the instrument is rotated (rolling) so that stereoscopic observation with the right and left eye is possible. Accordingly, an additional combined, internal pivoting movement of the image sensors or the lenses of the image acquisition unit would be required so that the stereo base is adapted to the desired image orientation during playback and the given rotational orientation of the image acquisition unit. However, this is hardly feasible mechanically. In addition, the inclined viewing direction makes it difficult to compose an erect stereo image with any rotational orientation of the image capture unit.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens trägt das Beobachtungsinstrument die Bilderfassungseinheit, wobei die Bilderfassungseinheit einen Stereo-Bildsensor oder zwei zueinander versetzte Einzelsensoren aufweist.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the observation instrument carries the image acquisition unit, the image acquisition unit having a stereo image sensor or two individual sensors offset from one another.

Die Sensoren der Bilderfassungseinheit sind beispielhaft am oder bei dem distalen Ende des Instruments bzw. von dessen Schaft angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Sensoren der Bilderfassungseinheit am oder bei dem proximalen Ende des Instruments bzw. von dessen Schaft angeordnet.The sensors of the image acquisition unit are arranged, for example, on or near the distal end of the instrument or on its shaft. According to an alternative embodiment, the sensors of the image acquisition unit are arranged on or near the proximal end of the instrument or on its shaft.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Bildgebungssystem ferner eine Wiedergabeeinheit mit zumindest einer Anzeige auf, insbesondere einem 3D-Bildschirm und/oder einer 3D-Brille. Ein 3D-Brille kann beispielhaft in Kombination mit einem 3D-Bildschirm verwendet werden. Es sind jedoch auch 3D-Brillen bekannt, die eigene Anzeigen (Displays) aufweisen. Derartige Wiedergabeeinheiten werden beispielhaft als HMDs (Head Mounted Display - am Kopf aufgenommene Anzeigen) bezeichnet. Das offenbarungsgemäße Verfahren kann derartige Gerätschaften nutzen.According to a further exemplary embodiment, the imaging system also has a display unit with at least one display, in particular a 3D screen and / or 3D glasses. For example, 3D glasses can be used in combination with a 3D screen. However, 3D glasses are also known which have their own displays. Such display units are referred to, for example, as HMDs (Head Mounted Displays). The method according to the disclosure can use such equipment.

Vorzugsweise ist die Anzeige einerseits zur Wiedergabe im Stereo-Modus (3D-Wiedergabe) unter Nutzung der Bilddaten beider Beobachtungskanäle und andererseits auch zur Wiedergabe im Mono-Modus (2D-Wiedergabe) unter Nutzung der Bilddaten nur eines Beobachtungskanals geeignet.The display is preferably suitable, on the one hand, for reproduction in stereo mode (3D reproduction) using the image data of both observation channels and, on the other hand, also for reproduction in mono mode (2D reproduction) using the image data of only one observation channel.

Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird ferner durch ein Computerprogramm gelöst, das Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Bildgebungssystem nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen dazu zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinrichtung des Bildgebungssystems ausgeführt wird.The object of the present disclosure is also achieved by a computer program that has program code that is designed to cause an imaging system according to one of the embodiments described herein to carry out the steps of the method according to one of the embodiments described herein when the computer program is based on the Control device of the imaging system is executed.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1: eine gebrochene perspektivische rückwärtige Ansicht eines Beobachtungsinstruments in Form eines Endoskopes;
  • 2: eine gebrochene seitliche Teilansicht des Instruments gemäß 1;
  • 3: perspektivische vordere Ansicht eines Beobachtungsinstruments in Form eines Exoskopes;
  • 4: eine gebrochene seitliche Teilansicht des Instruments gemäß 3;
  • 5: eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Bildgebungssystems mit einem Beobachtungsinstrument in Form eines Endoskopes;
  • 6: eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Bildgebungssystems mit Stereo-F u nktionalität;
  • 7: eine frontale Ansicht auf eine Bilderfassungseinheit zur Stereo-Beobachtung;
  • 8: eine weitere Ansicht der Bilderfassungseinheit gemäß 7 in einer gegenüber 7 rotierten Darstellung;
  • 9 bis 14:
    • verschiedene vereinfachte schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen einem Darstellungsmodus und einer aktuellen Drehorientierung eines Beobachtungsinstruments;
  • 15: eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Bildkomposition bei der Stereo-Wiedergabe;
  • 16: eine weitere Darstellung der Anordnung gemäß 15 zur Veranschaulichung der Bildkomposition bei um 180° verdrehter Lage;
  • 17: eine weitere vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Wechsels zwischen einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus;
  • 18: ein schematisch vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung mit einem Beobachtungsinstrument; und
  • 19: ein weiteres schematisch vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung mit einem Beobachtungsinstrument.
Further features and advantages of the invention emerge from the following description of several preferred exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • 1 : a broken perspective rear view of an observation instrument in the form of an endoscope;
  • 2 : a broken side partial view of the instrument according to FIG 1 ;
  • 3 : perspective front view of an observation instrument in the form of an exoscope;
  • 4th : a broken side partial view of the instrument according to FIG 3 ;
  • 5 : a simplified, schematic view of an imaging system with an observation instrument in the form of an endoscope;
  • 6th : a simplified, schematic view of an imaging system with stereo functionality;
  • 7th : a front view of an image acquisition unit for stereo observation;
  • 8th : a further view of the image capture unit according to FIG 7th in an opposite 7th rotated representation;
  • 9 until 14th :
    • various simplified schematic representations to illustrate the relationship between a representation mode and a current rotational orientation of an observation instrument;
  • 15th : a simplified schematic representation to illustrate the image composition in stereo playback;
  • 16 : a further representation of the arrangement according to 15th to illustrate the composition of the image when the position is rotated by 180 °;
  • 17th : a further simplified schematic representation to illustrate the change between a first playback mode and a second playback mode;
  • 18th : a schematically simplified block diagram to illustrate an embodiment of a method for stereo observation with an observation instrument; and
  • 19th : Another schematically simplified block diagram to illustrate a further embodiment of a method for stereo observation with an observation instrument.

1 veranschaulicht anhand einer perspektivischen Darstellung eine beispielhafte Ausgestaltung eines Beobachtungsinstruments 10 in Form eines Endoskopes 12. 2 zeigt eine korrespondierende seitliche Teilansicht. Das Beobachtungsinstrument 10 ist beispielhaft als Stereo-Endoskop 12 ausgestaltet. Das Endoskop 12 ist zur Beobachtung des Körperinneren ausgebildet. 1 illustrates an exemplary embodiment of an observation instrument on the basis of a perspective representation 10 in the form of an endoscope 12th . 2 shows a corresponding partial side view. The observation instrument 10 is exemplary as a stereo endoscope 12th designed. The endoscope 12th is trained to observe the inside of the body.

Allgemein sind medizinische und nicht-medizinische (technische) Anwendungen für Endoskope 12 und ähnliche Beobachtungsinstrumente 10 bekannt. Das Endoskop 12 weist einen Schaft 14 auf, der eine Längsachse 16 definiert. Beispielhaft weist der Schaft 14 ein distales Ende und ein proximales Ende auf. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist ein distales Ende ein vom Beobachter (Bediener des Instruments) abgewandtes Ende, welches dem Beobachtungsobjekt zugewandt ist. Ferner ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein proximales Ende ein vom Beobachtungsobjekt abgewandtes Ende, welches dem Beobachter (Bediener des Instruments) zugewandt ist.General are medical and non-medical (technical) applications for endoscopes 12th and similar observation instruments 10 known. The endoscope 12th has a shaft 14th on, of a longitudinal axis 16 Are defined. The shaft exemplarily has 14th a distal end and a proximal End on. In the context of the present disclosure, a distal end is an end which faces away from the observer (operator of the instrument) and which faces the object to be observed. Furthermore, within the meaning of the present disclosure, a proximal end is an end which faces away from the object to be observed and which faces the observer (operator of the instrument).

Am proximalen Ende des Schaftes 14 weist das Endoskop 12 ein Gehäuse 20 auf. Der Bediener kann das Endoskop 12 im Bereich des Gehäuses 20 greifen und führen. Bei der Nutzung als medizinisches Instrument 10 zur Beobachtung des Körperinneren kann der Schaft 14 des Instruments 10 zumindest teilweise in eine natürliche oder künstliche Körperöffnung eingeführt werden.At the proximal end of the shaft 14th points the endoscope 12th a housing 20th on. The operator can use the endoscope 12th in the area of the housing 20th grab and lead. When used as a medical instrument 10 the shaft can be used to observe the inside of the body 14th of the instrument 10 at least partially inserted into a natural or artificial body opening.

Das Gehäuse 20 weist beispielhaft Bedienelemente 22 und Anschlüsse 24, 26 auf. Die Anschlüsse 24, 26 betreffen beispielsweise eine elektrische Versorgungsleitung, eine Signalleitung, einen Beleuchtungsanschluss, sowie Anschlüsse für Flüssigkeiten oder Gase, die während der medizinischen Prozedur benötigt werden.The case 20th shows exemplary controls 22nd and connections 24 , 26th on. The connections 24 , 26th relate, for example, to an electrical supply line, a signal line, a lighting connection and connections for liquids or gases that are required during the medical procedure.

2 veranschaulicht, dass das Instrument 10 beispielhaft als Schrägblick-Endoskop 12 gestaltet ist. Am distalen Ende des Schaftes 14 ist eine Bilderfassungseinheit 30 mit einem Sichtkegel/Sichtfeld 32 angedeutet. Das Sichtfeld 32 bzw. dessen Zentrum (Achse 34) ist gegenüber der Längsachse 16 geneigt. Neigungswinkel können beispielsweise 30°, 45°, 60° und dergleichen entsprechen. Auch größere oder kleinere Neigungswinkel sind denkbar. Es sind auch Schrägblick-Endoskope 12 mit verstellbarer Blickrichtung (verstellbarem Neigungswinkel) bekannt. Die Achse 34 ist beispielhaft als Normale zur Sensorfläche der Bilderfassungseinheit 30 gestaltet. 2 that illustrates the instrument 10 for example as an angled view endoscope 12th is designed. At the distal end of the shaft 14th is an image capture unit 30th with a cone of vision / field of vision 32 indicated. The field of view 32 or its center (axis 34 ) is opposite the longitudinal axis 16 inclined. Angle of inclination can correspond, for example, to 30 °, 45 °, 60 ° and the like. Larger or smaller angles of inclination are also conceivable. There are also oblique viewing endoscopes 12th known with adjustable viewing direction (adjustable angle of inclination). The axis 34 is an example of the normal to the sensor surface of the image acquisition unit 30th designed.

Ferner veranschaulicht in 2 ein mit 36 bezeichneter Doppelpfeil eine Rotationsbewegung des Instruments 10 um die Längsachse 16 des Schaftes 14. Eine solche Bewegung kann als Rollbewegung bezeichnet werden. Demgemäß ist die Längsachse 16 in diesem Ausführungsbeispiel eine Rollachse. Bei der Bewegung gemäß dem Pfeil 36 wird auch die gegenüber der Längsachse 16 schräg gestellte Bilderfassungseinheit 30 rotiert. Demgemäß kann durch eine solche Rollbewegung insgesamt ein deutlich größerer Bereich eines Objektfeldes observiert werden, und zwar auch dann, wenn das Instrument 10 ansonsten nicht bewegt wird.Also illustrated in 2 a double arrow denoted by 36 indicates a rotational movement of the instrument 10 around the longitudinal axis 16 of the shaft 14th . Such a movement can be called a rolling movement. The longitudinal axis is accordingly 16 in this embodiment a roll axis. When moving according to the arrow 36 is also the opposite of the longitudinal axis 16 inclined image capture unit 30th rotates. Accordingly, a significantly larger area of an object field can be observed overall through such a rolling movement, even when the instrument 10 otherwise it is not moved.

Die 3 und 4 veranschaulichen ein weiteres Beobachtungsinstrument 50, welches vorliegend als sogenanntes Exoskop 52 gestaltet ist. Beispielhaft handelt es sich bei dem Instrument 50 um ein Stereo-Exoskop 52. Das Exoskop 52 weist einen Schaft 54 mit einer Längsachse 56 auf. Am proximalen Ende des Schaftes 54 weist das Exoskop 52 ein Gehäuse 60 mit Bedienelementen 62 auf. Ferner sind am Gehäuse 60, insbesondere an dessen proximalem Ende, Anschlüsse 64, 66 ausgebildet. Auch das Exoskop 52 kann durch den Bediener im Bereich des Gehäuses 60 gehalten und auf diese Weise geführt und positioniert werden. Es ist grundsätzlich auch vorstellbar, dass Exoskop 52 an einem Stativ oder dergleichen aufzunehmen. Es kann sich dabei um ein passives Stativ (ohne die Möglichkeit zur motorischen Verstellung) oder um einen aktiven Manipulator (vergleichbar etwa einem Roboter) handeln. Jedoch ist auch die Verwendung als handgehaltenes/handgeführtes Instrument 50 denkbar.the 3 and 4th illustrate another observation tool 50 , which in the present case is a so-called exoscope 52 is designed. The instrument is exemplary 50 a stereo exoscope 52 . The exoscope 52 has a shaft 54 with a longitudinal axis 56 on. At the proximal end of the shaft 54 points the exoscope 52 a housing 60 with controls 62 on. Also on the housing 60 , especially at its proximal end, connections 64 , 66 educated. Also the exoscope 52 can be done by the operator in the area of the housing 60 held and guided and positioned in this way. In principle, it is also conceivable that an exoscope 52 on a tripod or the like. It can be a passive tripod (without the possibility of motorized adjustment) or an active manipulator (comparable to a robot, for example). However, it can also be used as a hand-held / hand-held instrument 50 conceivable.

Am distalen Ende des Schaftes 54 weist das Instrument 50 einen Beobachtungskopf 68 mit einer Bilderfassungseinheit 70 auf. Die Bilderfassungseinheit 70 weist in der beispielhaften Ausführungsform ein Sichtfeld bzw. einen Sichtkegel 72 auf, dessen Achse mit 74 bezeichnet ist. In der beispielhaften Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist die Achse 74 etwa senkrecht zur Längsachse 56 durch den Schaft 54 ausgerichtet. Die Achse 74 ist beispielhaft eine Normale zu einer Sensorfläche der Bilderfassungseinheit 70. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Die Achse 74 kann auch eine optische Achse der optischen Anordnung der Bilderfassungseinheit 70 sein, unabhängig davon, wie der oder die Bildsensoren hierzu ausgerichtet sind.At the distal end of the shaft 54 instructs the instrument 50 an observation head 68 with an image capture unit 70 on. The image capture unit 70 has in the exemplary embodiment a field of view or a cone of vision 72 on, the axis of which is denoted by 74. In the exemplary embodiment according to FIGS 3 and 4th is the axis 74 approximately perpendicular to the longitudinal axis 56 through the shaft 54 aligned. The axis 74 is, for example, a normal to a sensor surface of the image acquisition unit 70 . However, this is not to be understood as restrictive. The axis 74 can also be an optical axis of the optical arrangement of the image acquisition unit 70 regardless of how the image sensor or sensors are aligned for this purpose.

Ferner ist in 4 mit 78 ein Arbeitsabstand angedeutet. Es versteht sich, dass der Arbeitsabstand 78 in Bezug auf die sonstigen Abmessungen des Instruments 50 nicht unbedingt maßgeblich dargestellt sein muss. Allgemein ist das Exoskop 52 gemäß den 3 und 4 im Gegensatz zu dem Endoskop 12 gemäß den 1 und 2 dazu ausgebildet, ein Objekt (Patient, technisches Objekt) von außen (außerhalb des Körpers) zu beobachten. Insofern ähneln Exoskope anderen Beobachtungsinstrumenten wie etwa Mikroskopen.Furthermore, in 4th indicated with 78 a working distance. It goes without saying that the working distance 78 in relation to the other dimensions of the instrument 50 does not necessarily have to be shown authoritatively. General is the exoscope 52 according to the 3 and 4th in contrast to the endoscope 12th according to the 1 and 2 trained to observe an object (patient, technical object) from the outside (outside the body). In this respect, exoscopes are similar to other observation instruments such as microscopes.

In 4 ist ferner mit 76 eine Drehbewegung/Rollbewegung der Bilderfassungseinheit 70 angedeutet. Es ist vorstellbar, das Exoskop 52 derart zu gestalten, dass die Bilderfassungseinheit 70 um die Achse 74 rotierbar ist. Bei einem Schrägblick-Instrument kann eine andere Rotationsachse gegeben sein. Bei der Ausgestaltung gemäß den 3 und 4 kann die Bilderfassungseinheit 70 im Beobachtungskopf 68 rotiert werden. Demgemäß wird nicht das Exoskop 52 in seiner Gesamtheit rotiert. Für die Rotation 76 kann einerseits eine manuelle Betätigung und andererseits eine motorische Betätigung vorgesehen sein.In 4th is also at 76 a rotary movement / rolling movement of the image capture unit 70 indicated. It is conceivable, the exoscope 52 to design in such a way that the image capture unit 70 around the axis 74 is rotatable. A different axis of rotation can be given in the case of an oblique view instrument. In the design according to 3 and 4th can the image capture unit 70 in the observation head 68 be rotated. Accordingly, the exoscope will not 52 rotates in its entirety. For the rotation 76 On the one hand, manual actuation and, on the other hand, motorized actuation can be provided.

Der Arbeitsabstand 78 von Exoskopen ist regelmäßig deutlich größer als derjenige von Endoskopen. Der Arbeitsabstand 78 kann beispielsweise Bereiche von 100 mm (Millimeter) bis hin zu 500 mm umfassen. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Üblicherweise weisen Exoskope auch eine hinreichend große Schärfentiefe auf, die deutlich größer als die Schärfentiefe von Endoskopen ist. Beispielhaft kann die Schärfentiefe Bereiche von mindestens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 10 mm, weiter bevorzugt von mindestens 20 mm, umfassen. Auch dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.The working distance 78 of exoscopes is regularly significantly larger than that of endoscopes. The working distance 78 can for example Include ranges from 100 mm (millimeters) up to 500 mm. However, this is not to be understood as restrictive. Usually, exoscopes also have a sufficiently large depth of field, which is significantly greater than the depth of field of endoscopes. For example, the depth of field can include ranges of at least 5 mm, preferably of at least 10 mm, more preferably of at least 20 mm. However, this is also not to be understood as restrictive.

Sowohl bei der Beobachtung mit dem Endoskop 12 als auch bei der Beobachtung mit dem Exoskop 52 ist es von Vorteil, wenn eine stereoskopische Darstellung ermöglicht ist. Eine stereoskopische Darstellung erlaubt einen Tiefeneindruck (räumlicher Eindruck) und erleichtert dabei beispielsweise die Navigation mit weiteren Instrumenten im jeweils observierten Bereich.Both when observing with the endoscope 12th as well as when observing with the exoscope 52 it is advantageous if a stereoscopic display is possible. A stereoscopic representation allows a depth impression (spatial impression) and thereby facilitates, for example, navigation with other instruments in the area being observed.

Demgemäß sind sowohl Endoskope 12 als auch Exoskope 52 mit 3D-Funktion (im Sinne einer stereoskopischen Beobachtung) bekannt. Üblicherweise weisen solche Instrumente dann zwei zueinander versetzte Bildsensoren oder einen Stereo-Sensor mit entsprechenden, zueinander versetzten Sensorbereichen auf. Die Stereo-Beobachtung wird durch zwei Beobachtungskanäle mit zwei voneinander beabstandeten Aperturen ermöglicht, die an das stereoskopische Sehen mit dem rechten Auge und dem linken Auge angepasst sind.Accordingly, both endoscopes 12th as well as exoscopes 52 with 3D function (in the sense of a stereoscopic observation) known. Such instruments then usually have two image sensors that are offset from one another or one stereo sensor with corresponding sensor areas that are offset from one another. The stereo observation is made possible by two observation channels with two spaced apart apertures, which are adapted to the stereoscopic vision with the right eye and the left eye.

Für die Stereo-Wiedergabe sind beispielsweise sogenannte 3D-Monitore bekannt, die unter Nutzung spezieller Hilfsmittel (3D-Brille) einen stereoskopischen Effekt nutzbar machen. Ferner sind sogenannte HMDs (Head Mounted Display) bekannt, also vom Beobachter selbst getragene Videobrillen mit Stereo-Effekt.So-called 3D monitors are known for stereo playback, for example, which make a stereoscopic effect usable by using special aids (3D glasses). Furthermore, so-called HMDs (Head Mounted Displays) are known, that is to say video glasses with a stereo effect worn by the observer himself.

Die stereoskopische Beobachtung und Wiedergabe stößt jedoch bei einer Rollbewegung des Instruments an ihre Grenzen, bei der sich die Stereobasis (gedachte Linie, um die die beiden Sensoren/Sensorflächen voneinander versetzt sind) gegenüber einem Referenzhorizont verändert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Bildaufrichtung gewünscht ist. Der Referenzhorizont wird üblicherweise durch die Anordnung einer Wiedergabeeinheit und schlussendlich durch die Anordnung der menschlichen Augen (Augenabstand, Disparität) definiert.However, the stereoscopic observation and reproduction reaches its limits when the instrument rolls, during which the stereo base (imaginary line by which the two sensors / sensor surfaces are offset from one another) changes with respect to a reference horizon. This is particularly the case when an image erection is desired. The reference horizon is usually defined by the arrangement of a display unit and finally by the arrangement of the human eyes (interpupillary distance, disparity).

Wenn also die Stereobasis der Bilderfassungseinheit nicht mehr zumindest näherungsweise mit dem Referenzhorizont übereinstimmt, dann kann die stereoskopische Wiedergabe - bei Beibehaltung der Bildaufrichtung - nicht mehr mit hinreichend hoher Qualität gewährleistet werden. Dies gilt zumindest dann, wenn versucht wird, die Ausrichtung des ausgegebenen Bildes „künstlich“ aufrechtzuerhalten. Die Stereo-Beobachtung ohne Bildaufrichtung ist zwar möglich, die Orientierung im nicht aufgerichteten Bild erschwert sich jedoch mit zunehmendem Drehwinkel. Es ist also bei Instrumenten zur Stereo-Beobachtung nicht einfach so möglich, Maßnahmen zur (digitalen) Bildaufrichtung zu implementieren. Das 3D-Bild wird regelmäßig auf Basis zweier Beobachtungskanäle gebildet. Eine Bildaufrichtung (digital/elektronisch oder über einen entsprechenden Aktuator zum Verdrehen des jeweiligen Sensors) könnte nun zwar das jeweilige Einzelbild im ersten Kanal und im zweiten Kanal rotieren, um dieses aufzurichten. Jedoch würde dann in großen Winkelbereichen eben keine hinreichende Übereinstimmung mehr zwischen dem Referenzhorizont und Lage der Stereobasis gegeben sein. Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit diesem Problemkreis.If the stereo basis of the image acquisition unit no longer corresponds at least approximately to the reference horizon, then the stereoscopic reproduction can no longer be guaranteed with a sufficiently high quality while maintaining the image erection. This applies at least when trying to "artificially" maintain the alignment of the output image. Stereo observation without erecting the image is possible, but orientation in the non-erect image becomes more difficult as the angle of rotation increases. With instruments for stereo observation it is therefore not just possible to implement measures for (digital) image erection. The 3D image is regularly formed on the basis of two observation channels. An image erection (digital / electronic or via a corresponding actuator for rotating the respective sensor) could rotate the respective individual image in the first channel and in the second channel in order to erect it. However, there would then no longer be sufficient correspondence between the reference horizon and the position of the stereo base in large angular ranges. The present disclosure addresses this issue.

Mit Bezugnahme auf 5 und 6 wird anhand zweier schematisch stark vereinfachter Blockdarstellungen eine beispielhafte Ausgestaltung eines Bildgebungssystems 100 mit einem Beobachtungsinstrument 110 in Form eines Stereo-Endoskopes 112 veranschaulicht. Das Endoskop 112 weist einen Schaft 114 auf, der eine Längsachse 116 definiert. Am distalen Ende des Schaftes 114 sitzt eine Bilderfassungseinheit 130. In der beispielhaften Ausgestaltung gemäß 5 ist die Bilderfassungseinheit 130 derart schräg in Bezug auf den Schaft 114 orientiert, dass die Achse 134 gegenüber der Längsachse 116 geneigt ist. Das Endoskop 112 weist ferner am proximalen Ende des Schaftes 114 ein Gehäuse 120 auf. Die Bilderfassungseinheit 130 ist auf ein Beobachtungsobjekt 140 ausgerichtet. Der gekrümmte Doppelpfeil 136 in 5 veranschaulicht eine Rollbewegung des Instruments 112 um die Längsachse 116.With reference to 5 and 6th an exemplary configuration of an imaging system is shown on the basis of two schematically greatly simplified block diagrams 100 with an observation instrument 110 in the form of a stereo endoscope 112 illustrated. The endoscope 112 has a shaft 114 on, of a longitudinal axis 116 Are defined. At the distal end of the shaft 114 sits an image capture unit 130 . In the exemplary embodiment according to 5 is the image capture unit 130 so obliquely with respect to the shaft 114 oriented that the axis 134 opposite the longitudinal axis 116 is inclined. The endoscope 112 also has at the proximal end of the shaft 114 a housing 120 on. The image capture unit 130 is on an observation object 140 aligned. The curved double arrow 136 in 5 illustrates a rolling motion of the instrument 112 around the longitudinal axis 116 .

In der beispielhaften Ausführungsform ist im Gehäuse 120 ferner eine Sensoreinheit 142 aufgenommen, die beispielhaft einen ersten Sensor 144 aufweist. Bei dem ersten Sensor 144 handelt es sich beispielhaft um einen oder mehrere Beschleunigungssensoren. Auf diese Weise können Lageänderungen/Positionsänderungen des Instruments 110 erfasst werden. Ferner ist bei der Sensoreinheit 142 beispielhaft ein zweiter Sensor 146 vorgesehen, etwa ein Gyroskop. Die Sensoren 144, 146 können als Lagesensoren bezeichnet werden. Demgemäß kann die Sensoreinheit 142 absolut messende Lagesensoren 146 und relativ messende Lagesensoren 144 aufweisen. Es versteht sich, dass die Sensoreinheit 142 auch an anderer Position beim Instrument 112 vorgesehen sein kann, etwa nahe bei der Bilderfassungseinheit 130. Andere Ausgestaltungen der Sensoreinheit 142 mit dem zumindest einen Lagesensor 144, 146 sind ohne weiteres denkbar.In the exemplary embodiment is in the housing 120 furthermore a sensor unit 142 added, the example of a first sensor 144 having. With the first sensor 144 it is, for example, one or more acceleration sensors. In this way, changes in position / changes in position of the instrument 110 are recorded. In addition, the sensor unit 142 for example a second sensor 146 provided, such as a gyroscope. The sensors 144 , 146 can be referred to as position sensors. Accordingly, the sensor unit 142 absolute measuring position sensors 146 and relative measuring position sensors 144 exhibit. It goes without saying that the sensor unit 142 also in another position near the instrument 112 can be provided, for example close to the image capture unit 130 . Other configurations of the sensor unit 142 with the at least one position sensor 144 , 146 are easily conceivable.

Es ist auch vorstellbar, die Sensoreinheit 142 oder zumindest einen der Lagesensoren 144, 146 außerhalb des Beobachtungsinstruments 110 zu implementieren. Beispielhaft kann eine Überwachung der Position/Orientierung des Instruments 110 auch über externe Sensoren (optisches oder elektromagnetisches Tracking von Markern, oder dergleichen) realisiert werden. Grundsätzlich ist auch eine digitale Implementation des zumindest einen Lagesensors vorstellbar. Dies kann beispielhaft Bildverarbeitungsvorgänge (Mustererkennung, Bewegungsverfolgung, etc.) umfassen. Kombinierte Gestaltungen zur Erfassung der Orientierung, insbesondere der gegenwärtigen Roll-Lage des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit, sind ohne weiteres denkbar.It is also conceivable the sensor unit 142 or at least one of the position sensors 144 , 146 outside the observation instrument 110 to to implement. Monitoring of the position / orientation of the instrument can be an example 110 can also be implemented via external sensors (optical or electromagnetic tracking of markers, or the like). In principle, a digital implementation of the at least one position sensor is also conceivable. This can include, for example, image processing operations (pattern recognition, motion tracking, etc.). Combined designs for recording the orientation, in particular the current roll position of the instrument or the image recording unit, are easily conceivable.

Das Instrument 110 ist über eine Signalleitung (kabelgebunden oder kabellos) mit einer Steuereinrichtung 150 mit zumindest einer Steuereinheit 152 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 150 kann auch zumindest teilweise in das Instrument 110 integriert sein. Die Steuereinrichtung 150 kann jedoch auch als separate Steuereinrichtung gestaltet sein. Die Steuereinrichtung 150 kann allgemein als zentrale oder dezentrale/verteilte Steuereinrichtung gestaltet sein. Die Steuereinrichtung 150 ist dazu ausgebildet, vom Instrument 110 Daten zu empfangen. Diese Daten basieren auf Bildinformationen/Bildsignalen, die mit der Bilderfassungseinheit 130 erfasst wurden. Die Steuereinrichtung 150 ist zur Datenverarbeitung ausgestaltet, insbesondere zur Verarbeitung und Aufbereitung von Bilddaten.The instrument 110 is connected to a control device via a signal line (wired or wireless) 150 with at least one control unit 152 coupled. The control device 150 can also be at least partially in the instrument 110 be integrated. The control device 150 however, it can also be designed as a separate control device. The control device 150 can generally be designed as a centralized or decentralized / distributed control device. The control device 150 is designed to be used by the instrument 110 Receive data. These data are based on image information / image signals generated with the image acquisition unit 130 were recorded. The control device 150 is designed for data processing, in particular for processing and preparing image data.

Eine beispielhafte Ausgestaltung einer Steuereinrichtung 150 wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung „IMAGE1 S“ als sogenannte Kameraplattform vertrieben. Üblicherweise umfasst ein Stereo-Beobachtungssystem neben dem Instrument (Endoskop oder Exoskop) eine solche Kameraplattform sowie zumindest eine Wiedergabeeinheit (etwa einen 3D-Monitor).An exemplary embodiment of a control device 150 is sold by the applicant under the name "IMAGE1 S" as a so-called camera platform. In addition to the instrument (endoscope or exoscope), a stereo observation system usually includes such a camera platform and at least one display unit (such as a 3D monitor).

In der Ausgestaltung gemäß 5 ist die Steuereinrichtung 150 wiederum (Kabellos oder kabelgebunden) über eine Signalleitung mit einer Wiedergabeeinheit 160 zur Stereowiedergabe gekoppelt. Die Wiedergabeeinheit 160 ist beispielhaft als Monitor, insbesondere als 3D-Monitor gestaltet. Es versteht sich, dass unter Umständen zur Betrachtung eines 3D-Bildes (Stereo-Bildes) weitere Gerätschaften erforderlich sind, etwa eine geeignete Brille. Die Wiedergabeeinheit 160 erlaubt eine Wiedergabe des observierten Objekts 140, vergleiche das Bezugszeichen 164 zur Bezeichnung des wiedergegebenen Bildes. In 5 ist ferner mit 166 eine Lagereferenz angedeutet. Die Lagereferenz 166 umfasst zumindest einen Horizont oder ein Koordinatensystem, an dem sich das wiedergegebene Bild 162 orientiert. Bei geeigneter Ausrichtung zwischen der Bilderfassungseinheit 130, dem beobachteten Objekt 140 und dem angezeigten Bild 164 auf dem Display 162 wird eine stereoskopische Wiedergabe ermöglicht.In the design according to 5 is the control device 150 in turn (wireless or wired) via a signal line with a playback unit 160 coupled for stereo playback. The playback unit 160 is designed, for example, as a monitor, in particular as a 3D monitor. It goes without saying that additional equipment, such as suitable glasses, may be required to view a 3D image (stereo image). The playback unit 160 allows the observed object to be reproduced 140 , compare the reference number 164 to name the displayed image. In 5 a positional reference is also indicated at 166. The location reference 166 comprises at least one horizon or a coordinate system on which the reproduced image is located 162 oriented. With suitable alignment between the image capture unit 130 , the observed object 140 and the displayed image 164 on the display 162 a stereoscopic reproduction is made possible.

Es versteht sich, dass die in 5 gezeigte Anordnung ferner auch um eine Lichtquelle oder sonstige zur Verwendung mit dem Instrument 110 geeignete Einheiten ergänzt werden kann.It goes without saying that the in 5 The arrangement shown also around a light source or other for use with the instrument 110 suitable units can be added.

6 zeigt in Ergänzung zu 5 weitere Gestaltungsmerkmale der beispielhaften Ausführungsform des Bildgebungssystems 100. Die Bilderfassungseinheit 130 ist am distalen Ende des Schaftes 114 ausgebildet. Die Bilderfassungseinheit 130 umfasst beispielhaft einen ersten Bildsensor 180 und einen zweiten Bildsensor 182. Diese sind im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso beim distalen Ende des Schaftes 114 angeordnet. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Es sind auch Gestaltungen mit proximal angeordneten Bildsensoren denkbar. 6th shows in addition to 5 further design features of the exemplary embodiment of the imaging system 100 . The image capture unit 130 is at the distal end of the shaft 114 educated. The image capture unit 130 comprises, for example, a first image sensor 180 and a second image sensor 182 . In the exemplary embodiment shown, these are also at the distal end of the shaft 114 arranged. However, this is not to be understood as restrictive. Designs with image sensors arranged proximally are also conceivable.

Den Bildsensoren 180, 182 ist eine Objektivbaugruppe 184 vorgelagert. Die Objektivbaugruppe 184 umfasst beispielhaft ein Deckglas 186 und optische Einheiten 188, 190 mit Aperturen, die den Bildsensoren 180, 182 zugeordnet sind. Die optischen Einheiten 188, 190 definieren das jeweilige Sichtfeld der Bildsensoren 180, 182. Jeder der beiden Bildsensoren 180, 182 ist einem Beobachtungskanal 194, 196 zugeordnet. Einer der beiden Beobachtungskanäle 194, 196 kann als rechter Kanal und der andere als linker Kanal bezeichnet werden. Demgemäß kann einer der beiden Bildsensoren 180, 182 als rechter Sensor und der andere als linker Sensor bezeichnet werden.The image sensors 180 , 182 is a lens assembly 184 upstream. The lens assembly 184 includes, for example, a cover slip 186 and optical units 188 , 190 with apertures that the image sensors 180 , 182 assigned. The optical units 188 , 190 define the respective field of view of the image sensors 180 , 182 . Each of the two image sensors 180 , 182 is an observation channel 194 , 196 assigned. One of the two observation channels 194 , 196 can be referred to as the right channel and the other as the left channel. Accordingly, one of the two image sensors 180 , 182 can be referred to as the right sensor and the other as the left sensor.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 bezieht sich die Bezeichnung Beobachtungskanal nicht unbedingt auf einen optischen Beobachtungskanal. Stattdessen sind die Kanäle 194, 196 regelmäßig als Kanäle zur Übermittlung von Bilddaten an die Steuereinrichtung 150 ausgebildet, die vom rechten und linken Bildsensor 180, 182 erfasst werden. Die Steuereinrichtung 150 dient zur Verarbeitung und Aufbereitung der Bilddaten. Am Ausgang der Steuereinrichtung 150 stehen ebenso zwei Ausgabekanäle 200, 202 bereit, die wiederum als rechter und linker Ausgabekanal 200, 202 bezeichnet werden können. Wenn nun über beide Ausgabekanäle 200, 202 Bildinformationen (etwa Halbbilder für das rechte und das linke Auge) bereitgestellt werden, so kann damit eine hierfür geeignete Wiedergabeeinheit 160 zur stereoskopischen Wiedergabe (3D-Wiedergabe) angesteuert werden. 6 veranschaulicht eine solche 3D-Wiedergabe des Beobachtungsobjektes 164. Das Beobachtungsobjekt 164 ist ferner in Bezug auf die Lagereferenz 166 ausgerichtet.In the embodiment according to 6th the term observation channel does not necessarily refer to an optical observation channel. Instead, the channels are 194 , 196 regularly as channels for the transmission of image data to the control device 150 formed by the right and left image sensors 180 , 182 are recorded. The control device 150 serves to process and prepare the image data. At the output of the control device 150 there are also two output channels 200 , 202 ready, which in turn serves as the right and left output channel 200 , 202 can be designated. If now via both output channels 200 , 202 Image information (for example half images for the right and left eye) are provided, so a display unit suitable for this can be used 160 for stereoscopic playback (3D playback). 6th illustrates such a 3D rendering of the observation object 164 . The object of observation 164 is also related to the location reference 166 aligned.

7 und 8 veranschaulichen eine frontale Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Bilderfassungseinheit 130 mit zwei Bildsensoren 180, 182. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bilderfassungseinheit 130 im Schaft 114 eines Instruments 110 aufgenommen. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Die beiden Bildsensoren 180, 182 sind um ein Maß 216 voneinander beabstandet, das an die Stereobasis (beispielsweise Abstand der Aperturen der optischen Einheiten 188, 190) angepasst ist. Die Relativlage der beiden Bildsensoren 180, 182 definiert ferner einen Sensorhorizont 218. Wenn der Sensorhorizont 218 der beiden Bildsensoren 180, 82 mit der Lagereferenz 166 (insbesondere mit dem künstlichen Horizont) übereinstimmt, so ist eine aufgerichtete 3D-Darstellung möglich. 7th and 8th illustrate a front view of an exemplary embodiment of an image acquisition unit 130 with two image sensors 180 , 182 . In the exemplary embodiment shown, the image acquisition unit is 130 in the shaft 114 of an instrument 110 recorded. However, this is not to be understood as restrictive. The two image sensors 180 , 182 are by a measure 216 at a distance from each other, that of the stereo base (for example distance between the apertures of the optical units 188 , 190 ) is adjusted. The relative position of the two image sensors 180 , 182 also defines a sensor horizon 218 . When the sensor horizon 218 of the two image sensors 180 , 82 with the location reference 166 (in particular with the artificial horizon), an upright 3D display is possible.

8 veranschaulicht einen gegenüber der Orientierung in 7 verdrehten Zustand der Bilderfassungseinheit 130. Demgemäß ist der (neue) Sensorhorizont 220 gegenüber dem alten Sensorhorizont 218 um einen bestimmten Winkel 222 verdreht. Wenn jedoch der vorherige Sensorhorizont 218 parallel zum künstlichen Horizont der Lagereferenz 166 orientiert ist, so ist dies beim neuen Sensorhorizont 220 nicht mehr der Fall. Neben der verdrehten Basis 216 wird ferner deutlich, dass ein mit 226 bezeichneter Höhenversatz gegeben ist. 8th illustrates one opposite the orientation in 7th twisted state of the image capture unit 130 . The (new) sensor horizon is accordingly 220 compared to the old sensor horizon 218 at a certain angle 222 twisted. However, if the previous sensor horizon 218 parallel to the artificial horizon of the position reference 166 is oriented, this is the case with the new sensor horizon 220 no longer the case. Next to the twisted base 216 it is also clear that there is a height offset designated by 226.

Die Verdrehung/Schiefstellung in 8 erschwert die 3D-Darstellung, vor allem dann, wenn eine Bildaufrichtung gewünscht ist, also ein „aufrecht stehendes“ Wiedergabebild 164 auch bei einer sich drehenden Bilderfassungseinheit 130. Dies gilt umso mehr bei Instrumenten 110 mit schräger Blickrichtung (in Bezug auf die Längsachse des Schaftes 114, die beispielhaft auch die Rollachse ist).The twist / misalignment in 8th complicates the 3D display, especially when an upright image is desired, i.e. an "upright" playback image 164 even with a rotating image capture unit 130 . This is all the more true for instruments 110 with an oblique viewing direction (in relation to the longitudinal axis of the shaft 114 , which is also the roll axis, for example).

Die vorliegende Offenbarung adressiert diese Nachteile mit verschiedenen Wiedergabemodi bei der Darstellung. Dabei wird - sofern es möglich ist - einerseits auf die 3D-Darstellung Wert gelegt. Sofern jedoch aufgrund der gegebenen Drehlage der Bilderfassungseinheit keine 3D-Darstellung sinnvoll erscheint, wird dem Beobachter eine 2D-Darstellung angeboten. Im 2D-Modus kann wiederum die (digitale) Bildaufrichtung gewährleistet werden. Der 2D-Modus eignet sich für Anwendungsfälle, bei denen die Orientierung der Ansicht aus Sicht des Beobachters wichtiger als eine stereoskopische Beobachtung im 3D-Modus ist.The present disclosure addresses these disadvantages with different display modes. On the one hand, emphasis is placed on the 3D representation - if possible. If, however, based on the given rotational position of the image acquisition unit, no 3D representation appears sensible, the observer is offered a 2D representation. In the 2D mode, in turn, the (digital) erection of the image can be guaranteed. The 2D mode is suitable for applications in which the orientation of the view from the observer's point of view is more important than stereoscopic observation in 3D mode.

In diesem Zusammenhang wird auf die 9-14 Bezug genommen. Die 9-14 veranschaulichen anhand einer Winkelskala 230 durch einen darin eingezeichneten Positionspfeil 232 die gerade gewählte Drehorientierung des Beobachtungsinstruments 110. Ferner zeigen die 9-14 die sich hieraus ergebende Darstellung und Orientierung für das wiedergegebene Bild 164 des Beobachtungsobjekts bei der Wiedergabeeinheit 160 in Bezug auf eine Lagereferenz 166 (etwa einen künstlichen Horizont), sofern die Bildverarbeitung mit der Steuereinrichtung 150 gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung erfolgt. Es versteht sich, dass die Darstellungen der Kippwinkel in den 9-14 lediglich beispielhafter Natur sind. Es sind größere, aber auch kleinere Bereiche mit 3D-Darstellung vorstellbar.In this context, the 9-14 Referenced. the 9-14 illustrate using an angle scale 230 by a position arrow drawn in it 232 the currently selected rotation orientation of the observation instrument 110 . Also show the 9-14 the resulting presentation and orientation for the reproduced image 164 of the observation object at the reproduction unit 160 in terms of a location reference 166 (such as an artificial horizon), provided the image processing with the control device 150 takes place in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure. It goes without saying that the representations of the tilt angle in the 9-14 are merely exemplary in nature. Larger, but also smaller areas with 3D representation are conceivable.

Die Drehwinkelskala 230 umfasst verschiedene Bereiche 240, 242, 244, 246, von denen die Bereiche 240 und 244 beispielhaft dem ersten Wiedergabemodus mit 3D-Darstellung zugeordnet sind. Die Bereiche 242, 246 sind demgegenüber dem zweiten Wiedergabemodus mit 2D-Darstellung zugeordnet. Die Größe der jeweiligen Bereiche 240, 242, 244, 246 ist exemplarischer Natur. Zwischen den Bereichen 240, 242, 244, 246 erfolgt jeweils bei einem Schaltwinkel der Übergang zwischen den verschiedenen Wiedergabemodi.The rotation angle scale 230 covers different areas 240 , 242 , 244 , 246 of which the areas 240 and 244 are assigned by way of example to the first playback mode with 3D display. The areas 242 , 246 are assigned to the second playback mode with 2D representation. The size of each area 240 , 242 , 244 , 246 is exemplary in nature. Between the areas 240 , 242 , 244 , 246 The transition between the different playback modes takes place at a switching angle.

Die 0°-Stellung entspricht beispielsweise dem in 7 gezeigten Drehwinkelzustand der Bilderfassungseinheit 130. In der 0°-Stellung entspricht der Horizont 218, der durch die beiden Sensoren 180, 182 bzw. die diesen vorgeschaltete Beobachtungsoptik definiert ist, dem künstlichen Horizont (Horizontale) der Lagereferenz 166. Damit kann ein 3D-Bild des Beobachtungsobjekts 164 ausgegeben werden. Eine Bildaufrichtung ist insoweit nicht erforderlich, als dass das Beobachtungsobjekt 164 auch ohne Zusatzmaßnahmen in der gewünschten Orientierung angezeigt wird.For example, the 0 ° position corresponds to that in 7th Rotation angle state of the image capture unit shown 130 . In the 0 ° position, the horizon corresponds 218 by the two sensors 180 , 182 or which is defined upstream of these observation optics, the artificial horizon (horizontal) of the position reference 166 . This enables a 3D image of the observation object 164 are issued. An erection of the image is not necessary to the extent that the observation object 164 is displayed in the desired orientation even without additional measures.

Wenn nun das Instrument 110 bzw. die Bilderfassungseinheit 130 rotiert wird, so ist es bei kleinen Rotationswinkeln (vergleiche 10) noch denkbar, das Beobachtungsobjekt 164 stereoskopisch wiederzugeben (3D-Wiedergabe). Es gibt zwar keine perfekte Ausrichtung mehr zwischen dem Horizont 218 und der Lagereferenz 166. Die sich ergebende Abweichung (vergleiche beispielhaft 8) ist jedoch bei dem in 10 gezeigten Drehwinkel noch akzeptabel. Demgemäß kann das Beobachtungsobjekt 164 weiterhin stereoskopisch angezeigt werden.If now the instrument 110 or the image acquisition unit 130 is rotated, so it is with small rotation angles (compare 10 ) still conceivable, the observation object 164 reproduce stereoscopically (3D reproduction). There is no longer a perfect alignment between the horizon 218 and the location reference 166 . The resulting deviation (compare example 8th ) is however with the in 10 angle of rotation shown is still acceptable. Accordingly, the observation object can 164 continue to be displayed stereoscopically.

In 10 wird das Beobachtungsobjekt 164 mit einem Kippwinkel im Bereich 240 angezeigt, der dem an der Skala 230 angezeigten Winkel des Zeigers 232 entspricht. Auch diese Verkippung, also der Verzicht auf die Bildaufrichtung, ist in Grenzen noch akzeptabel. Der Vorteil liegt in der Wahrung der 3D-Funktionalität. Es ist jedoch grundsätzlich auch vorstellbar, auch im ersten Wiedergabemodus (Bereiche 240, 244) das im Bild wiedergegebene Beobachtungsobjekt 164 aufzurichten, analog zur Orientierung in 9). Dies hätte einerseits den Vorteil der Bildaufrichtung. Andererseits kann dies jedoch mit weiteren Beeinträchtigungen bei der 3D-Darstellung einhergehen. Innerhalb akzeptabler Grenzen ist dies gleichwohl denkbar.In 10 becomes the object of observation 164 with a tilt angle in the area 240 displayed, the one on the scale 230 indicated angle of the pointer 232 is equivalent to. This tilting, i.e. the abandonment of the image erection, is still acceptable within limits. The advantage lies in the preservation of the 3D functionality. In principle, however, it is also conceivable, even in the first playback mode (areas 240 , 244 ) the observation object reproduced in the image 164 to stand up, analogous to the orientation in 9 ). On the one hand, this would have the advantage of straightening the image. On the other hand, however, this can be associated with further impairments in the 3D display. Nevertheless, this is conceivable within acceptable limits.

Hingegen wird in wesentlichen Ausführungsbeispielen darauf abgestellt, dass das Beobachtungsobjekt 164 zumindest im Bereich 240 nicht aufgerichtet wird. Dies ist (unbeschadet der gegebenenfalls erforderlichen Flip-Funktion) grundsätzlich auch im gegenüberliegenden Bereich 244 denkbar. On the other hand, the main embodiments focus on the fact that the Observation object 164 at least in the area 240 is not straightened up. This is (regardless of the possibly required flip function) in principle also in the opposite area 244 conceivable.

Zwischen den Darstellungen in 10 und 11 erfolgt ein Übertritt aus dem Bereich 240 in den Bereich 242. Mit anderen Worten zeigt 10 die Darstellung im ersten Wiedergabemodus (3D). 11 zeigt die Darstellung im zweiten Wiedergabemodus (2D). Wie vorstehend bereits dargelegt, ist im zweiten Wiedergabemodus die elektronische Bildaufrichtung einfacher umsetzbar.Between the representations in 10 and 11th there is a transfer from the area 240 in the area 242 . In other words shows 10 the representation in the first playback mode (3D). 11th shows the representation in the second playback mode ( 2D) . As already explained above, the electronic image erection can be implemented more easily in the second playback mode.

Würde man das Bild des Beobachtungsobjektes 164 etwa bei der in 11 angedeuteten Drehwinkellage abrupt beim Übergang zwischen den Bereichen 240, 242 aufrichten, so ergäbe sich ein spürbarer „Sprung“, vergleichbar etwa der direkten Folge der Darstellung des Beobachtungsobjektes 164 in 10 und der Darstellung in 12. Stattdessen wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen, vorgeschlagen, das Bild des Beobachtungsobjektes 164 ausgehend von der beim Wechsel vom ersten Wiedergabemodus zum zweiten Wiedergabemodus übergebenen „Orientierung“ sanft und nicht abrupt aufzurichten. Eine solche Übergangsbewegung macht den Wechsel zwischen den beiden Wiedergabemodi für den Beobachter angenehmer. Mit anderen Worten findet eine Interpolation des wiedergegebenen Bildes zwischen zwei Orientierungen (teilweise verdreht sowie aufgerichtet) statt.One would get the picture of the observation object 164 for example with the in 11th indicated angle of rotation position abruptly at the transition between the areas 240 , 242 straighten up, so there would be a noticeable “jump”, comparable to the direct result of the representation of the observation object 164 in 10 and the representation in 12th . Instead, within the scope of the present disclosure, at least in exemplary configurations, the image of the observation object is proposed 164 starting from the "orientation" transferred when changing from the first playback mode to the second playback mode, gently and not abruptly straighten up. Such a transition movement makes the change between the two playback modes more pleasant for the observer. In other words, the reproduced image is interpolated between two orientations (partially rotated and erected).

In ähnlicher Weise ist es beim Wechsel vom zweiten Wiedergabemodus zum ersten Wiedergabemodus vorstellbar, noch in der 2D-Darstellung die Bildaufrichtung etwas zu korrigieren, um einen sanften Übergang hin zur erwarteten Verkippung des wiedergegebenen Beobachtungsobjektes 164 beim Eintritt in den ersten Wiedergabemodus vorwegzunehmen. Hier wird das Bild zwischen der aufgerichteten Orientierung und der teilweise verdrehten Orientierung interpoliert. Vergleiche hierzu auch den weiter unten in 13 und 14 beschriebenen Übergang.In a similar way, when changing from the second playback mode to the first playback mode, it is conceivable to correct the image upright somewhat in the 2D display in order to achieve a smooth transition to the expected tilting of the displayed object to be observed 164 to anticipate when entering the first playback mode. Here the image is interpolated between the upright orientation and the partially rotated orientation. Compare with the one below in 13th and 14th described transition.

12 veranschaulicht, dass dann innerhalb des Bereiches 242, in dem der zweite Wiedergabemodus genutzt wird, eine Bildaufrichtung ermöglicht ist. Die Bildaufrichtung kann beim 2D-Bild des Beobachtungsobjektes 164 in grundsätzlich schon bekannter Weise durchgeführt werden. So ist die digitale Bildaufrichtung bekannt. Ferner ist die Bildaufrichtung durch Bewegung des Bildsensors bekannt. 12th illustrates that then within the area 242 , in which the second playback mode is used, image erection is enabled. The erection of the image can be done with the 2D image of the observation object 164 can be carried out in a manner that is already known in principle. This is how digital image erection is known. Furthermore, the erection of the image by moving the image sensor is known.

Der Zeiger 232 befindet sich in 12 bei einem Grenzwinkel im Bereich 242. Im Ausführungsbeispiel liegt der Grenzwinkel bei etwa 90°. Im gegenüberliegenden Bereich 246, der auch dem zweiten Wiedergabemodus zugeordnet ist, liegt beispielhaft ein weiterer Grenzwinkel bei etwa 270°. Zumindest dann, wenn das Instrument zum Grenzwinkel hin verdreht wurde, also etwa um 90° oder um 270°, ist im Ausführungsbeispiel eine vollständige Bildaufrichtung vorgesehen. Das Beobachtungsobjekt 164 ist beim Grenzwinkel perfekt oder zumindest näherungsweise in Bezug auf die Lagereferenz ausgerichtet. Zwischen der Orientierung beim Schaltwinkel (Übergang zwischen dem Bereich 240 und dem Bereich 242, vergleiche auch 11) und der Orientierung beim Grenzwinkel gemäß 12 kann eine allmähliche, drehwinkelabhängige Aufrichtung des Beobachtungsobjektes 164 erfolgen.The pointer 232 is located in 12th at a critical angle in the range 242 . In the exemplary embodiment, the critical angle is approximately 90 °. In the opposite area 246 , which is also assigned to the second playback mode, another critical angle is approximately 270 °, for example. At least when the instrument has been rotated towards the critical angle, that is to say by approximately 90 ° or by 270 °, the exemplary embodiment provides for complete image erection. The object of observation 164 is perfectly or at least approximately aligned with respect to the position reference at the critical angle. Between the orientation at the switching angle (transition between the range 240 and the area 242 , compare also 11th ) and the orientation at the critical angle according to 12th can be a gradual, angle-dependent erection of the observation object 164 take place.

Ausgehend von der Orientierung in 12 veranschaulicht 13 einen Zustand, in dem der Zeiger 232 zwar noch im Bereich 242 ist, sich aber dem Bereich 244 nähert. Es steht also ausgehend vom zweiten Wiedergabemodus ein Übertritt in den ersten Wiedergabemodus an. Daher ist in 13 die Orientierung des wiedergegebenen Beobachtungsobjektes 164 schon an die zu erwartende Orientierung beim Eintritt in den ersten Wiedergabemodus angepasst.Based on the orientation in 12th illustrated 13th a state in which the pointer 232 although still in the area 242 is, but the area 244 approaching. Starting from the second playback mode, there is a transition to the first playback mode. Hence, in 13th the orientation of the reproduced observation object 164 already adapted to the expected orientation when entering the first playback mode.

14 zeigt einen solchen Zustand. Das Instrument 110 bzw. die Bilderfassungseinheit 130 ist nahezu um 180° verdreht. Gleichwohl ist nun wieder eine 3D-Darstellung möglich. Ferner ist das wiedergegebene Beobachtungsobjekt 164 zumindest höhenrichtig in Bezug auf die ursprüngliche Anordnung (9) ausgerichtet. Auf Basis der gegebenen Orientierung des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit 130 findet also in 14 ein sogenannter Image-Flip statt, umfassend einerseits eine Rotation der Einzelbilder um180° sowie andererseits einen Tausch der beiden Kanäle. 14th shows such a state. The instrument 110 or the image acquisition unit 130 is rotated almost 180 °. Nevertheless, a 3D representation is now possible again. Furthermore, the reproduced object is observation 164 at least at the correct height in relation to the original arrangement ( 9 ) aligned. Based on the given orientation of the instrument or the image acquisition unit 130 so finds in 14th a so-called image flip takes place, comprising, on the one hand, a rotation of the individual images by 180 ° and, on the other hand, an exchange of the two channels.

Insgesamt ergibt sich für den Beobachter auch bei einer Rollbewegung des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit ein einfach erfassbares Bild mit nachvollziehbarer Orientierung. Die 3D-Darstellung kann immer dann genutzt werden, wenn dies bei den gegebenen Bedingungen möglich erscheint. Es kann automatisch zwischen 3D und 2D umgeschaltet werden. Auch eine manuelle Umschaltung ist denkbar, zumindest als Zusatzoption.Overall, even when the instrument or the image capturing unit is rolling, the observer can see an image that can be captured easily and has a comprehensible orientation. The 3D display can always be used if this appears possible under the given conditions. It can be switched automatically between 3D and 2D. Manual switching is also conceivable, at least as an additional option.

Es versteht sich, dass die Folge der Darstellungen in 9 bis 14 ein Instrument mit gerader Blickrichtung betrifft. Die obigen Aussagen sind jedoch auch auf Instrumente mit schräger/geneigter Blickrichtung übertragbar. Es versteht sich, dass bei Instrumenten mit schräger Blickrichtung das Sichtfeld derart wandert, dass bei sich drehendem Instrument verschiedene Beobachtungsobjekte im Sichtfeld erscheinen. Die Ausrichtung betreffend sind jedoch die obigen Ausführungen hierauf übertragbar. Der Nutzen ergibt sich spätestens dann, wenn zusätzlich zum Beobachtungsinstrument weitere Instrumente (Zangen, Pinzetten und Ähnliches) benutzt werden und zumindest teilweise im Sichtfeld erscheinen.It goes without saying that the sequence of the representations in 9 until 14th concerns an instrument with a straight line of sight. However, the above statements can also be transferred to instruments with an oblique / inclined viewing direction. It goes without saying that, in the case of instruments with an oblique viewing direction, the field of view migrates in such a way that different objects to be observed appear in the field of view when the instrument is rotating. Regarding the alignment, however, the above statements can be transferred to this. The benefit arises at the latest when in addition to Observation instrument other instruments (pliers, tweezers and the like) can be used and appear at least partially in the field of vision.

Anhand der schematisch stark vereinfachten Darstellung der 15 und 16 wird der oben schon genannte Image-Flip bei Rotation des Instruments 110 um 180° beschrieben. In 15 und 16 ist das Instrument 110 jeweils in einem der Bereiche 240, 244, in denen eine 3D-Wiedergabe sinnvoll und gewünscht ist. In 15 liegt ein Zustand vor, der etwa dem Zustand gemäß 9 entspricht. Jeder der beiden Sensoren 180, 182 erfasst ein Bild für die beiden Kanäle 194, 196. Die Steuereinrichtung 150 umfasst einen Block, der die beiden Kanäle 194, 196 schematisch den Ausgabekanälen 200, 202 zuordnet. In der Konfiguration gemäß 15 hat bereits das aufgenommene Bild der beiden Sensoren 180, 182 die gewünschte Orientierung. Demgemäß muss lediglich das Signal der beiden Sensoren 180, 182 kombiniert werden, um eine 3D-Darstellung beim wiedergegebenen Beobachtungsobjekt 164 zu ermöglichen.Based on the schematically greatly simplified representation of the 15th and 16 becomes the aforementioned image flip when the instrument is rotated 110 described by 180 °. In 15th and 16 is the instrument 110 each in one of the areas 240 , 244 in which a 3D rendering is useful and desired. In 15th there is a state that is approximately in accordance with the state 9 is equivalent to. Each of the two sensors 180 , 182 captures an image for the two channels 194 , 196 . The control device 150 includes a block that connects the two channels 194 , 196 schematically the output channels 200 , 202 assigns. In the configuration according to 15th already has the recorded image of the two sensors 180 , 182 the desired orientation. Accordingly, only the signal from the two sensors 180 , 182 can be combined to form a 3D representation of the reproduced observation object 164 to enable.

Demgegenüber erfassen die beiden Sensoren 180, 182 aufgrund der zwischenzeitlichen Rotation um 180° das Bild gemäß der Konfiguration in 16 auf dem Kopf stehend. Würden nunmehr jedoch die Bilddaten beider Kanäle 194, 196 einfach nur rotiert werden (vergleiche die Blöcke 250, 252), dann wären immer noch der erste Kanal und der zweite Kanal vertauscht. Daher wird im Ausführungsbeispiel gemäß 16 vorgeschlagen, die beiden (Teil-) Bilder der beiden Sensoren 180, 182 einerseits zu rotieren, um das jeweilige Einzelbild aufzurichten. Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel das Signal der beiden Kanäle 194, 196 beim Verarbeiten und Weiterleiten an die Ausgabekanäle 200, 202 getauscht (über Kreuz geführt), exemplarisch veranschaulicht durch den Block 254. Auf diese Weise wird der Image-Flip (auch bezeichnet als 180°-Flip) realisiert. Im Bereich 244 ist eine näherungsweise aufgerichtete Darstellung im 3D-Modus möglich, auch wenn das Instrument 110 bzw. die Bilderfassungseinheit 130 um 180° rotiert sind. Nahe der 180°-Stellung ist auch eine 3D-Darstellung gewünscht.In contrast, the two sensors record 180 , 182 due to the rotation by 180 ° in the meantime, the image according to the configuration in 16 upside down. Now, however, the image data of both channels would 194 , 196 just be rotated (compare the blocks 250 , 252 ), then the first channel and the second channel would still be swapped. Therefore, in the embodiment according to 16 suggested the two (partial) images of the two sensors 180 , 182 on the one hand to rotate in order to erect the respective individual image. Furthermore, in this exemplary embodiment, the signal of the two channels 194 , 196 when processing and forwarding to the output channels 200 , 202 exchanged (crossed), exemplarily illustrated by the block 254 . This is how the image flip (also referred to as a 180 ° flip) is implemented. In the area 244 an approximately upright display in 3D mode is possible, even if the instrument 110 or the image acquisition unit 130 rotated by 180 °. A 3D representation is also desired near the 180 ° position.

Es versteht sich, dass die Blöcke 250, 252, 254 funktionale Blöcke der Steuereinrichtung 150 sein können. Die Blöcke 250, 252, 254 können softwaremäßig und/oder hardwaremäßig realisiert werden. Die Blöcke 250, 252, 254 können als diskrete Blöcke mit bestimmter Einzelfunktion oder als universale Funktionsblöcke gestaltet sein.It goes without saying that the blocks 250 , 252 , 254 functional blocks of the control device 150 could be. The blocks 250 , 252 , 254 can be implemented in terms of software and / or hardware. The blocks 250 , 252 , 254 can be designed as discrete blocks with specific individual functions or as universal function blocks.

Die anhand der 9-16 veranschaulichte Funktonalität des Instruments 110 kann durch die Steuereinrichtung 150 in einer zugeordneten Betriebsart gesteuert werden. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist das Instrument 110 mit der Steuereinrichtung 150 auch zu weiteren Betriebsarten befähigt.Based on the 9-16 illustrated functionality of the instrument 110 can through the control device 150 can be controlled in an assigned operating mode. In an exemplary embodiment, the instrument is 110 with the control device 150 also enabled for other operating modes.

Eine erste Betriebsart umfasst beispielsweise einen Betrieb des Instruments 110 in einem reinen 2D-Modus, also ohne stereoskopische Wiedergabe, wobei ferner auf Bildaufrichtung verzichtet wird. Das wiedergegebene Bild wird sich folglich analog zur Drehung des Instruments 110 bzw. der Bilderfassungseinheit drehen. Eine zweite Betriebsart umfasst beispielsweise einen Betrieb des Instruments 110 in einem Stereo-Modus mit stereoskopischer Wiedergabe. Damit geht einher, dass auf eine Bildaufrichtung verzichtet wird.A first operating mode includes, for example, operating the instrument 110 in a pure 2D mode, that is, without stereoscopic reproduction, and in which image erection is also dispensed with. The displayed image is therefore analogous to the rotation of the instrument 110 or rotate the image capture unit. A second operating mode includes, for example, operating the instrument 110 in a stereo mode with stereoscopic playback. This goes hand in hand with the fact that the image is not erected.

Eine dritte Betriebsart umfasst einen Betrieb des Instruments 110 im 2D-Modus, wobei kontinuierlich in Bezug auf einen Referenzhorizont aufgerichtet wird. Idealerweise verändert sich folglich die Drehorientierung des angezeigten Bildes nicht, wenn das Instrument gedreht wird. Der Vollständigkeit halber ist anzumerken, dass sich bei Schrägblick-Instrumenten der Bildinhalt (das Sichtfeld) ändert, wenn das Instrument rotiert wird. Jedoch behält das angezeigte Bild seine Drehorientierung. Die vierte Betriebsart ist der kombinierte Betrieb mit Stereo-Wiedergabe (erster Wiedergabemodus) und 2D-Wiedergabe (zweiter Wiedergabemodus), wobei zumindest im zweiten Wiedergabemodus das Bild zumindest teilweise aufgerichtet wird.A third mode of operation includes operating the instrument 110 in 2D mode, with continuous straightening in relation to a reference horizon. Ideally, the rotational orientation of the displayed image therefore does not change when the instrument is rotated. For the sake of completeness, it should be noted that the image content (the field of view) changes with angled-view instruments when the instrument is rotated. However, the displayed image retains its rotational orientation. The fourth operating mode is the combined operation with stereo playback (first playback mode) and 2D playback (second playback mode), the image being at least partially erected at least in the second playback mode.

Mit Bezugnahme auf 17 wird anhand einer Winkelskala 330, welche dem Grundsatz nach der Winkelskala 230 gemäß den 9-16 entspricht, der Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus sowie eine im zweiten Wiedergabemodus denkbare Bildtransformation (Interpolation) als Bestandteil der Bildaufrichtung veranschaulicht. Die Winkelskala 330 stellt einen Vollkreis dar, der einer vollständigen Rotation um die Rollachse entspricht. Es sind Teilbereiche 340, 344 vorgesehen, die dem ersten Wiedergabemodus zugeordnet sind. Ferner sind Teilbereiche 342, 346 vorgesehen, die dem zweiten Wiedergabemodus zugeordnet sind. Den jeweiligen Übergängen sind Schaltwinkel 350, 352, 354, 356 zugeordnet. Die Schaltwinkel 350, 352, 354, 356 liegen beispielsweise bei 45°, 135°, 225° sowie bei 315°. In einem alternativen, in 17 nicht dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Schaltwinkel 350, 352, 354, 356 bei 30°, 150°, 21 0° sowie bei 330°.With reference to 17th is based on an angle scale 330 , which in principle according to the angle scale 230 according to the 9-16 corresponds, illustrates the transition between the first playback mode and the second playback mode as well as an image transformation (interpolation) conceivable in the second playback mode as part of the image erection. The angle scale 330 represents a full circle, which corresponds to a complete rotation around the roll axis. There are sub-areas 340 , 344 provided, which are assigned to the first playback mode. There are also sub-areas 342 , 346 provided, which are assigned to the second playback mode. The respective transitions are switching angles 350 , 352 , 354 , 356 assigned. The switching angle 350 , 352 , 354 , 356 are for example 45 °, 135 °, 225 ° and 315 °. In an alternative, in 17th embodiment not shown are the switching angles 350 , 352 , 354 , 356 at 30 °, 150 °, 210 ° and at 330 °.

Der Zeiger 360 veranschaulicht die Drehlage des Instruments 110 bzw. von dessen Bilderfassungseinheit 130 bei der Rotation im ersten Wiedergabemodus (Bereiche 340, 344) und im zweiten Wiedergabemodus (Bereiche 342, 346). In 17 sind ferner Grenzwinkel 362, 364 im jeweiligen Teilbereich 342, 346 des zweiten Wiedergabemodus dargestellt. Beispielhaft liegen die Grenzwinkel 362, 364 jeweils mittig im Teilbereich 342, 346. Somit liegt der Grenzwinkel 362 beispielhaft bei 90°. Der Grenzwinkel 364 liegt beispielhaft bei 270°.The pointer 360 illustrates the rotational position of the instrument 110 or from its image acquisition unit 130 when rotating in the first playback mode (areas 340 , 344 ) and in the second playback mode (areas 342 , 346 ). In 17th are also critical angles 362 , 364 in the respective sub-area 342 , 346 of the second playback mode. The critical angles are exemplary 362 , 364 respectively in the middle of the sub-area 342 , 346 . Thus the critical angle is 362 for example at 90 °. The critical angle 364 is, for example, at 270 °.

17 enthält ferner ein korrespondierendes Diagramm 370, welches eine Abwicklung der Winkelskala 330 umfasst. Eine Achse 372 beschreibt den aktuellen Drehwinkel/Rollwinkel des Instruments 110 bzw. von dessen Bilderfassungseinheit 130 und entspricht somit der jeweiligen Position des Zeigers 360 bei der Rotation. Eine weitere Achse 374 beschreibt einen resultierenden Kippwinkel, also eine resultierende Drehorientierung des angezeigten Bildes. 17th also contains a corresponding diagram 370 , which is a development of the angle scale 330 includes. One axis 372 describes the current angle of rotation / roll angle of the instrument 110 or from its image acquisition unit 130 and thus corresponds to the respective position of the pointer 360 when rotating. Another axis 374 describes a resulting tilt angle, i.e. a resulting rotational orientation of the displayed image.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 17 decken die Teilbereiche 340, 344 beispielhaft Bereiche von 0° +/- 45° sowie 180° +/- 45° ab. In diesen Bereichen ist eine Stereo-Wiedergabe denkbar, das Instrument ist im ersten Wiedergabemodus betreibbar. Im ersten Wiedergabemodus ist keine umfängliche elektronische Bildaufrichtung vorgesehen. Demgemäß entwickelt sich die Verkippung des angezeigten Bildes gegenüber der Lagereferenz (künstlicher Horizont) proportional oder sogar direkt proportional zum Drehwinkel des Instruments 110 bzw. von dessen Bilderfassungseinheit 130. Dies wird im Diagramm 370 durch die mit 380 bezeichnete Linie veranschaulicht, vergleiche die Abschnitte zwischen 0° und 45°, zwischen 135° und 225°, und zwischen 315° und 360°. Wenn also das Instrument 110 um 30° gegenüber der Lagereferenz verdreht ist, so ist auch das wiedergegebene Bild um 30° verdreht.In the embodiment according to 17th cover the sub-areas 340 , 344 for example ranges from 0 ° +/- 45 ° and 180 ° +/- 45 °. Stereo playback is conceivable in these areas; the instrument can be operated in the first playback mode. No extensive electronic image erection is provided in the first reproduction mode. Accordingly, the tilt of the displayed image with respect to the position reference (artificial horizon) develops proportionally or even directly proportionally to the angle of rotation of the instrument 110 or from its image acquisition unit 130 . This is shown in the diagram 370 illustrated by the line labeled 380, compare the sections between 0 ° and 45 °, between 135 ° and 225 °, and between 315 ° and 360 °. So if the instrument 110 is rotated by 30 ° with respect to the position reference, the reproduced image is also rotated by 30 °.

Im Abschnitt zwischen 135° und 225° ist das Instrument 110 in seiner Drehorientierung im Wesentlichen auf den Kopf gestellt, so dass das wiedergegebene Bild analog zu dem in 16 veranschaulichten Ausführungsbeispiel angepasst werden kann, um eine statische Quasi-Aufrichtung zu ermöglichen. Das Bild der beiden Beobachtungskanäle wird dann ebenso auf den Kopf gestellt, so dass das ausgegebene Bild zumindest näherungsweise die gewünschte Orientierung hat.The instrument is in the section between 135 ° and 225 ° 110 essentially turned upside down in its rotational orientation, so that the reproduced image is analogous to that in 16 illustrated embodiment can be adapted to enable a static quasi-erecting. The image of the two observation channels is then also turned upside down so that the output image has at least approximately the desired orientation.

In den übrigen Teilbereichen 342, 346 wird hingegen eine 2D-Darstellung auf Basis eines Beobachtungskanals genutzt, vergleiche die Abschnitte zwischen 45° und 135° sowie zwischen 225° und 315°. Im zweiten Wiedergabemodus ist eine elektronische Bildaufrichtung möglich. Dies erlaubt eine Anpassung der Orientierung bzw. eine Entkopplung der Orientierung des angezeigten Bildes vom aktuellen Drehwinkel des Instruments. In beispielhaften Ausgestaltungen wird jedoch davon abgesehen, das ausgegebene Bild im zweiten Wiedergabemodus unmittelbar und konstant auf eine ideale Orientierung aufzurichten. Eine solche ideale Orientierung entspricht beispielsweise der 0°-Position auf der Achse 374 im Diagramm 370. Eine solche Funktion hätte die Folge, dass das Bild unmittelbar beim Passieren eines der Schaltwinkel 350, 352, 354, 356 sprunghaft rotiert, im Ausführungsbeispiel um 45° in Bezug auf die 0°-Auslenkung. Dies kann insbesondere bei einem Betrieb in der Nähe des jeweiligen Schaltwinkels 350, 352, 354, 356 als nachteilig empfunden werden.In the other sub-areas 342 , 346 on the other hand, if a 2D representation based on an observation channel is used, compare the sections between 45 ° and 135 ° and between 225 ° and 315 °. In the second playback mode, electronic image erection is possible. This allows the orientation to be adapted or the orientation of the displayed image to be decoupled from the current angle of rotation of the instrument. In exemplary embodiments, however, the output image in the second reproduction mode is not directly and constantly set up to an ideal orientation. Such an ideal orientation corresponds, for example, to the 0 ° position on the axis 374 in the diagram 370 . Such a function would have the consequence that the picture immediately when passing one of the switching angles 350 , 352 , 354 , 356 rotates suddenly, in the exemplary embodiment by 45 ° with respect to the 0 ° deflection. This can be particularly true when operating in the vicinity of the respective switching angle 350 , 352 , 354 , 356 are perceived as disadvantageous.

Um einem solchen „Springen“ des wiedergegebenen Bildes entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, die Orientierung des Bildes im zweiten Wiedergabemodus winkelabhängig zu interpolieren, so dass einerseits eine hinreichend stabile Aufrichtung und gute Orientierung im Bild ermöglicht ist, und andererseits Drehwinkelsprünge minimiert oder vermieden werden.In order to counteract such "jumping" in the displayed image, it is proposed to interpolate the orientation of the image in the second display mode as a function of the angle so that, on the one hand, a sufficiently stable upright position and good orientation in the image is possible and, on the other hand, jumps in rotation angle are minimized or avoided.

Die Kurven 382, 384, 386 veranschaulichen beispielhafte Winkelorientierungen des angezeigten Bildes in Abhängigkeit von der realen Drehorientierung des Instruments 110 bzw. der Bilderfassungseinheit 130 im zweiten Wiedergabemodus. Diese Kurven/Linien 382, 384, 386 sind in den Teilbereichen 342, 346 des zweiten Wiedergabemodus angeordnet. Die Kurven 382, 384, 386 stellen im zweiten Wiedergabemodus einen Übergang zwischen den voneinander entfernten Teilbereichen 340, 344 des ersten Wiedergabemodus bereit, insbesondere ohne Drehwinkelsprung.The curves 382 , 384 , 386 illustrate exemplary angular orientations of the displayed image as a function of the real rotational orientation of the instrument 110 or the image acquisition unit 130 in the second playback mode. These curves / lines 382 , 384 , 386 are in the sub-areas 342 , 346 of the second playback mode. The curves 382 , 384 , 386 represent a transition between the separated areas in the second playback mode 340 , 344 of the first playback mode, in particular without a jump in the angle of rotation.

Die Kurve 382 verhält sich im Wesentlichen proportional bzw. umgekehrt proportional zum aktuellen Drehwinkel des Instruments 110. Beispielsweise erstreckt sich im Diagramm 370 ein linearer Abschnitt zwischen der 45°-Position beim Schaltwinkel 350 und der 135°-Position beim Schaltwinkel 352. Mit zunehmendem Drehwinkel des Instruments 110 wird das angezeigte Bild mit zunehmendem Drehwinkel gegensinnig rotiert. Ähnlich verhält es sich im Ausführungsbeispiel zwischen den Schaltwinkeln 354 und 356, also zwischen 225° und 315°. Eine Randbedingung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 17 ist das Durchlaufen der 0°-Stellung bei den Grenzwinkeln 362, 364, also bei 90° und bei 270° Drehlage des Instruments. Auf diese Weise ergibt sich bei der symmetrischen, insbesondere zur Vertikalen spiegelsymmetrischen Auslegung der Winkelbereiche 340, 342, 344, 346 etwa mittig im jeweiligen Teilbereich 342, 346 des zweiten Wiedergabemodus eine vollständige Aufrichtung des angezeigten Bildes.The curve 382 behaves essentially proportionally or inversely proportional to the current angle of rotation of the instrument 110 . For example, the diagram extends 370 a linear section between the 45 ° position at the switching angle 350 and the 135 ° position for the switching angle 352 . As the angle of rotation of the instrument increases 110 the displayed image is rotated in the opposite direction as the angle of rotation increases. The situation is similar between the switching angles in the exemplary embodiment 354 and 356 , i.e. between 225 ° and 315 °. A boundary condition in the embodiment according to 17th is the passage through the 0 ° position at the limit angles 362 , 364 , i.e. at 90 ° and at 270 ° rotational position of the instrument. This results in the symmetrical, in particular mirror-symmetrical with respect to the vertical, design of the angular ranges 340 , 342 , 344 , 346 roughly in the middle of the respective sub-area 342 , 346 of the second playback mode, a complete erection of the displayed image.

Die Kurve 384 ist grundsätzlich an den Verlauf der Kurve 382 angelehnt. Der Verlauf der Kurve 384 folgt jedoch dem Ziel, nicht nur direkt bei den Grenzwinkeln 362, 364 sondern auch in deren Umfeld (im Beispiel etwa +/- 20°) eine vollständige Aufrichtung des Bildes durchzuführen. Auf diese Weise ergibt sich ein Bereich, in dem das angezeigte Bild hinreichend stabil ist und nicht oder nur unwesentlich rotiert wird. Gleichwohl enthält die Kurve 384 Rampen, die einen sprungarmen Übergang zum ersten Wiedergabemodus erlauben.The curve 384 is basically based on the course of the curve 382 ajar. The course of the curve 384 however, follows the goal, not just directly at the critical angles 362 , 364 but also to carry out a complete straightening of the image in their surroundings (in the example approx. +/- 20 °). This results in an area in which the displayed image is sufficiently stable and is not rotated or rotated only insignificantly. Nevertheless, the curve contains 384 Ramps that allow a smooth transition to the first playback mode.

Die Kurve 386 ist beispielhaft als Spline (Polynomzug) ausgebildet, wobei sich der grundsätzliche Verlauf an der Kurve 384 orientiert. Auf diese Weise können „Knicke“ beim Durchlaufen der Kurve vermieden werden. The curve 386 is designed, for example, as a spline (polynomial train), with the basic course on the curve 384 oriented. In this way, "kinks" can be avoided when going through the curve.

Es versteht sich, dass die Kurven 382, 384, 386 für den zweiten Wiedergabemodus mit der Kurve 380 für den ersten Wiedergabemodus kombiniert werden können, um das gewünschte Verhalten im ersten und zweiten Wiedergabemodus zu implementieren.It goes without saying that the curves 382 , 384 , 386 for the second playback mode with the curve 380 for the first playback mode can be combined to implement the desired behavior in the first and second playback modes.

Mit Bezugnahme auf 18 wird anhand eines schematischen Blockdiagramms eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung veranschaulicht, insbesondere eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung mit Bildaufrichtung, zumindest mit teilweiser Bildaufrichtung.With reference to 18th an exemplary embodiment of a method for stereo observation is illustrated using a schematic block diagram, in particular a method for stereo observation with image erection, at least with partial image erection.

Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S10, der die Bereitstellung eines Beobachtungsinstruments mit Stereo-Funktionalität betrifft. Bei dem Instrument kann es sich etwa um ein Stereo-Endoskop oder um ein Stereo-Exoskop handeln. Das Instrument ist üblicherweise mit einer Bilderfassungseinheit versehen, die erste Bilddaten und zweite Bilddaten erfassen kann. Zu diesem Zweck kann die Bilderfassungseinheit einen ersten Sensor und einen hiervon versetzten zweiten Sensor aufweisen. Auf diese Weise werden zwei Beobachtungskanäle (rechts und links) gebildet. Auf diese Weise können die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten zur Stereo-Beobachtung kombiniert werden. Dies bringt jedoch Herausforderungen bei der gewünschten Bildaufrichtung mit sich, wenn das Instrument rotiert wird, so dass sich die Stereobasis des Instruments gegenüber einem (idealen) Referenzhorizont verändert.The method includes a first step S10 , which concerns the provision of an observation instrument with stereo functionality. The instrument can be, for example, a stereo endoscope or a stereo exoscope. The instrument is usually provided with an image acquisition unit which can acquire first image data and second image data. For this purpose, the image acquisition unit can have a first sensor and a second sensor offset therefrom. In this way, two observation channels (right and left) are formed. In this way, the first image data and the second image data can be combined for stereo observation. However, this brings challenges with the desired image alignment when the instrument is rotated, so that the stereo basis of the instrument changes with respect to an (ideal) reference horizon.

Es folgt ein Schritt S12, der eine Positionsüberwachung bzw. Erfassung einer Drehwinkellage (Roll-Lage) des Instruments bzw. von dessen Bilderfassungseinheit umfasst. Die erfasste Position bzw. die erfasste Verdrehung lässt darauf schließen, ob die gegebene Orientierung der Bilderfassungseinheit eine 3D-Darstellung ohne Bildaufrichtung sinnvoll erscheinen lässt, oder ob auf eine 2D-Darstellung unter Nutzung nur eines von beiden Beobachtungskanälen umgeschaltet werden sollte, um eine elektronische Bildaufrichtung nutzen zu können.There follows a step S12 which includes position monitoring or detection of a rotational angle position (roll position) of the instrument or of its image acquisition unit. The recorded position or the recorded rotation indicates whether the given orientation of the image recording unit makes a 3D display without image erection useful, or whether a switch should be made to a 2D display using only one of the two observation channels, in order to achieve an electronic image erection to be able to use.

In Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel kann ein Schritt S14 folgen, in dem ein erster Wiedergabemodus aktiviert wird. Der erste Wiedergabemodus umfasst eine 3D-Wiedergabe. Alternativ kann ein Schritt S16 folgen, in dem ein zweiter Wiedergabemodus aktiviert wird. Der zweite Wiedergabemodus umfasst eine 2D-Wiedergabe.Depending on the detected angle of rotation, a step S14 in which a first playback mode is activated. The first playback mode includes 3D playback. Alternatively, a step S16 in which a second playback mode is activated. The second playback mode includes 2D playback.

Dem Schritt S18 folgt ein Schritt S18, der eine Wiedergabe unter Nutzung beider Beobachtungskanäle (rechts und links) für die 3D-Wiedergabe mit Tiefeneindruck umfasst. Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen des Verfahrens ist vorgesehen, dass wiedergegebene Bild des Beobachtungsobjekt im ersten Wiedergabemodus nicht kontinuierlich aufzurichten. Damit verdreht sich das angezeigte Bild gemeinsam mit der Drehung des Instruments. Da jedoch der erste Wiedergabemodus nur in begrenzten Drehwinkelbereichen sinnvoll nutzbar ist, stimmt die grobe Bildausrichtung weiterhin, so dass eine Orientierung im Bild möglich ist. Gleichwohl hat der erste Wiedergabemodus den Vorteil der Stereo-Beobachtung.The step S18 a step follows S18 , which includes a reproduction using both observation channels (right and left) for 3D reproduction with an impression of depth. At least in exemplary embodiments of the method, it is provided that the reproduced image of the observation object is not continuously erected in the first reproduction mode. This rotates the displayed image together with the rotation of the instrument. However, since the first playback mode can only be used meaningfully in limited rotation angle ranges, the rough image alignment is still correct, so that an orientation in the image is possible. Nevertheless, the first playback mode has the advantage of stereo observation.

Üblicherweise umfasst der erste Wiedergabemodus auch einen Zustand, in dem das Instrument bzw. dessen Bilderfassungseinheit um ca. 180° gedreht ist. Dann ist nämlich die Stereobasis (zum Beispiel definiert durch Position bzw. Orientierung der Aperturen der Beobachtungsoptik) wiederum parallel oder nahezu parallel zum Referenzhorizont ausgerichtet. Damit das angezeigte Bild jedoch nicht auf dem Kopf steht, erfolgt ein sogenannter 180°-Flip. Dies umfasst beispielhaft eine 180°-Rotation der beiden Kanäle sowie einen Tausch (rechts mit links, und umgekehrt). Auf diese Weise kann eine quasi-Aufrichtung im um 180° verdrehten Zustand gemeinsam mit der 3D-Darstellung realisiert werden. Es gibt jedoch keine kontinuierliche, eng nachgeführte Bildaufrichtung.The first playback mode usually also includes a state in which the instrument or its image acquisition unit is rotated by approx. 180 °. Then namely the stereo base (for example defined by the position or orientation of the apertures of the observation optics) is again aligned parallel or almost parallel to the reference horizon. So that the displayed image is not upside down, a so-called 180 ° flip takes place. This includes, for example, a 180 ° rotation of the two channels and an exchange (right with left, and vice versa). In this way, a quasi-straightening in the state rotated by 180 ° can be realized together with the 3D representation. However, there is no continuous, closely tracked image erection.

Wird jedoch das Verfahren gemäß dem Schritt S16 im zweiten Wiedergabemodus ausgeführt, so wird im nachfolgenden Schritt S20 nur einer der beiden Beobachtungskanäle für die Wiedergabe bereitgestellt bzw. genutzt. Dies hat den Vorteil, dass auf die Stereobasis keine Rücksicht mehr genommen werden muss, da gewissermaßen nur ein Mono-Signal für die Ausgabe aufbereitet wird.However, if the method according to step S16 executed in the second playback mode, then in the following step S20 only one of the two observation channels is provided or used for playback. This has the advantage that there is no longer any need to take the stereo basis into account, since, to a certain extent, only a mono signal is processed for output.

Demgemäß kann das auszugebende Bild digital/elektronisch aufgerichtet werden. Die Bildaufrichtung erfolgt im Schritt S22. In Abhängigkeit von der weiterhin erfassten Drehwinkelposition kann nun für eine Nachführung bzw. kontinuierliche Bildaufrichtung gesorgt werden. Für den Beobachter ändert sich die allgemeine Ausrichtung des Bildes nicht oder nur innerhalb definierter Grenzen, wenn das Instrument verdreht wird.Accordingly, the image to be output can be digitally / electronically erected. The image is erected in step S22 . Depending on the rotational angle position that is still recorded, tracking or continuous image erection can now be provided. For the observer, the general alignment of the image does not change or only changes within defined limits when the instrument is rotated.

Das Verfahren schließt im Schritt S24 mit der Wiedergabe des Bildes, im Ausführungsbeispiel entweder einer 3D-Wiedergabe ohne unmittelbare Bildaufrichtung, außer bei einer Kopfüber-Ausrichtung des Instruments, oder einer 2D-Wiedergabe mit Bildaufrichtung.The process concludes in step S24 with the reproduction of the image, in the exemplary embodiment either a 3D reproduction without direct image erection, except when the instrument is aligned upside down, or a 2D reproduction with image erection.

Mit Bezugnahme auf 19 wird anhand eines weiteren Blockdiagramms eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung beschrieben. Das Verfahren kann grundsätzlich auch als Verfahren zur Steuerung eines Bildgebungssystems gestaltet und beschrieben sein.With reference to 19th an exemplary embodiment of a method for stereo observation is described on the basis of a further block diagram. In principle, the method can also be designed and described as a method for controlling an imaging system.

Das Verfahren startet mit einem Schritt S50, der beispielsweise die Aktivierung des Bildgebungssystems betrifft. Es folgt ein Schritt S52, der die Erfassung einer aktuellen Drehposition (Rollposition) eines Instruments bzw. von dessen Bilderfassungseinheit betrifft. Zu diesem Zweck kann zumindest ein entsprechender Sensor bereitgestellt werden. Die Erfassung erlaubt im Schritt S54 eine Überwachung des erfassten Winkels. Im Schritt S56 wird ermittelt, in welchem von drei (globalen) Winkelbereiche sich das Instrument bzw. dessen Bilderfassungseinheit aktuell befindet. Hierbei wird beispielsweise auf eine Lage in Bezug auf einen Referenzhorizont abgestellt, wobei die Stereobasis als Instrumenten-interne Referenz hierfür herangezogen werden kann.The process starts with one step S50 relating, for example, to activation of the imaging system. There follows a step S52 , which relates to the acquisition of a current rotational position (rolling position) of an instrument or of its image acquisition unit. At least one corresponding sensor can be provided for this purpose. The acquisition allowed in step S54 monitoring of the detected angle. In step P.56 it is determined in which of three (global) angular ranges the instrument or its image acquisition unit is currently located. For example, a position in relation to a reference horizon is used as a basis, with the stereo base being able to be used as an instrument-internal reference for this purpose.

In Abhängigkeit davon, welcher Winkelbereich vorliegt, kann das Instrument nachfolgend in einem ersten Wiedergabemodus (Schritt S58), einem zweiten Wiedergabemodus (Schritt S60), oder einem dritten Wiedergabemodus (Schritt S62), auch bezeichnet als Übergangsmodus, betrieben werden.Depending on which angular range is present, the instrument can subsequently be in a first playback mode (step S58 ), a second playback mode (step S60 ), or a third playback mode (step S62 ), also known as transition mode.

Der Schritt S58 zielt auf eine 3D-Wiedergabe unter Nutzung beider Bildkanäle ab. Der Schritt S60 zielt auf eine 2D-Wiedergabe unter Nutzung nur eines Bildkanals und vorzugsweise auch auf eine kontinuierliche Bildaufrichtung ab. Der Schritt S62 zielt darauf ab, einen Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zu ermöglichen.The step S58 aims at a 3D rendering using both image channels. The step S60 aims at a 2D display using only one image channel and preferably also at a continuous image erection. The step S62 aims to enable a transition between the first playback mode and the second playback mode.

Dem Schritt S58 ist ein Schritt S64 nachgelagert, der an den ersten Wiedergabemodus angepasste Bildmanipulationen zur 3D-Beobachtung umfasst. Der Schritt S64 umfasst beispielsweise einen sogenannten 180°-Flip, wodurch eine 180°-Rotation des Instruments berücksichtigt wird. Wenn nämlich das Instrument mit einer Stereobasis um ca. 180° verdreht ist, so ist grundsätzlich wieder eine 3D-Beobachtung möglich. Damit das Bild für den Beobachter aufrecht erscheint, sind Bildmanipulationen erforderlich, die im Schritt S64 durchgeführt werden. Zumindest in einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist es im ersten Wiedergabemodus abgesehen von dem etwaigen 180°-Flip nicht vorgesehen, das Bild digital aufzurichten.The step S58 is a step S64 downstream, which includes image manipulations adapted to the first playback mode for 3D observation. The step S64 includes, for example, a so-called 180 ° flip, whereby a 180 ° rotation of the instrument is taken into account. If the instrument with a stereo base is rotated by approx. 180 °, a 3D observation is basically possible again. In order for the image to appear upright to the observer, image manipulations are required, as described in step S64 be performed. At least in one exemplary embodiment of the method, apart from the possible 180 ° flip, there is no provision in the first playback mode to digitally erect the image.

Dem Schritt S60 ist ein Schritt S66 nachgelagert, der an den zweiten Wiedergabemodus angepasste Bildmanipulationen umfasst. Das Bild wird für die 2D-Wiedergabe bereitgestellt. Dies umfasst zumindest in einigen Ausführungsbeispielen eine kontinuierliche Bildaufrichtung, so dass das wiedergegebene Bild für den Beobachter aufrecht erscheint, auch wenn das Instrument verdreht wird. Die Bildaufrichtung kann ein statisches Ziel haben, also genau eine Ziel-Orientierung. Die Bildaufrichtung kann jedoch auch drehwinkelabhängig erfolgen, insbesondere zur Vermeidung großer Sprünge beim Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus.The step S60 is a step S66 downstream, which comprises image manipulations adapted to the second playback mode. The image is made available for 2D rendering. At least in some exemplary embodiments, this includes a continuous erection of the image, so that the reproduced image appears upright to the observer, even if the instrument is rotated. The erection of the image can have a static goal, i.e. exactly one goal orientation. The image erection can, however, also take place as a function of the angle of rotation, in particular to avoid large jumps when changing between the first playback mode and the second playback mode.

Dem Schritt S62 ist ein Schritt S68 nachgelagert, der an den Übergangsmodus angepasste Bildmanipulationen umfasst. Der Übergangsmodus dient vorrangig dazu, einen sanften Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zu ermöglichen. Beispielhaft erfolgt der Übergang zwischen der Darstellung zweier leicht versetzter Halbbilder (Stereo) im ersten Wiedergabemodus und der Darstellung lediglich eines Bildes (2D), also der Daten lediglich eines Beobachtungskanals, im zweiten Wiedergabemodus. Es ist vorstellbar, eines der beiden Halbbilder im Stereo-Modus in einer bestimmten Zeitdauer (zum Beispiel definierte Anzahl an Einzelbildern) auszublenden oder einzublenden, so dass das andere der beiden Halbbilder das dominierende Bild wird. Auf diese Weise wird der Übergang zwischen 2D und 3D geglättet. Auf diese Weise werden sprunghafte Änderungen zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern vermieden.The step S62 is a step S68 downstream, which includes image manipulations adapted to the transition mode. The transition mode is primarily used to enable a smooth transition between the first playback mode and the second playback mode. As an example, the transition between the display of two slightly offset fields (stereo) in the first playback mode and the display of only one image ( 2D) , i.e. the data of only one observation channel, in the second playback mode. It is conceivable to fade out or fade in one of the two fields in stereo mode in a certain period of time (for example a defined number of individual images) so that the other of the two fields becomes the dominant image. This will smooth the transition between 2D and 3D. In this way, sudden changes between successive individual images are avoided.

Im Schritt S68 erfolgt eine Anpassung bzw. Abwandlung der Aufrichtung, so dass das Bild für den Beobachter gleitend zwischen den verschiedenen Modi wechselt, wobei statt eines „Sprunges“ eine sanfte, auf Interpolationen beruhende Transformation/Drehung sichtbar ist, welche bei der Betrachtung als angenehmer empfunden wird.In step S68 an adjustment or modification of the erection takes place so that the image for the observer shifts smoothly between the different modes, whereby instead of a "jump" a gentle transformation / rotation based on interpolations is visible, which is perceived as more pleasant when looking at it.

Es erfolgt beim nachgelagerten Schritt S70 eine Wiedergabe unter Berücksichtigung des jeweiligen Modus. Die Überwachung (Schritt S54) erfolgt kontinuierlich beim Betrieb des Instruments, wenn ein entsprechender Betriebsmodus gewählt ist. Der Übergangsmodus S62 erlaubt einen visuell angenehmen Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus gemäß dem Schritt S58 und dem zweiten Wiedergabemodus gemäß dem Schritt S60.It takes place in the subsequent step S70 a playback taking into account the respective mode. The monitoring (step S54 ) occurs continuously when the instrument is in operation, if a corresponding operating mode is selected. The transition mode S62 allows a visually pleasant transition between the first playback mode according to the step S58 and the second playback mode according to step S60 .

Der Schritt S72 beschließt das Verfahren und umfasst beispielsweise die Deaktivierung des Bildgebungssystems.The step S72 concludes the procedure and includes, for example, deactivating the imaging system.

Claims (19)

Stereo-Bildgebungssystem, insbesondere medizinisches Bildgebungssystem, das Folgendes aufweist: - ein Beobachtungsinstrument (10, 50, 110) mit einer Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind, - zumindest einen Lagesensor (144, 146) zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf eine Lagereferenz (166), und - eine Steuereinrichtung (150), die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments (10, 50, 110) in einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (150) zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, und die Steuereinrichtung (150) in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist.Stereo imaging system, in particular a medical imaging system, comprising: - an observation instrument (10, 50, 110) with an image acquisition unit (30, 70, 130) for acquisition first image data and second image data which can be combined for stereo observation, at least one position sensor (144, 146) for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument (10, 50, 110) in relation to a position reference (166), and - a control device (150) which can be operated in a first playback mode and a second playback mode as a function of the orientation of the instrument (10, 50, 110), the control device (150) being designed to use the image signal to output images in to set up the second playback mode depending on the orientation, characterized in that the control device (150) is designed to output an image signal which in the first playback mode comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, and in the second playback mode a mono signal Signal based on the first image data or the second image data, and the control device (150) in a The first angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) can be operated in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) in the second playback mode. Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus auszurichten, so dass sich die Orientierung des angezeigten Bildes in Bezug auf einen Anzeigehorizont nicht oder innerhalb definierter Grenzen verändert.Imaging system according to Claim 1 , wherein the control device (150) is designed to align output images in the second playback mode so that the orientation of the displayed image with respect to a display horizon does not change or changes within defined limits. Bildgebungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, auszugebende Bilder im ersten Wiedergabemodus unaufgerichtet auszugeben, so dass Änderungen der Orientierung des Instruments (10, 50, 110) mit Änderungen der Orientierung der auszugebenden Bilder einhergehen.Imaging system according to Claim 1 or 2 , wherein the control device (150) is designed to output images to be output in the first playback mode without being erected, so that changes in the orientation of the instrument (10, 50, 110) are accompanied by changes in the orientation of the images to be output. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Drehwinkelbereich zwei zueinander um 180° versetzte Abschn itte aufweist.Imaging system according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the first angle of rotation range has two sections offset from one another by 180 °. Bildgebungssystem nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal zu tauschen und das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal um etwa 180°zu rotieren.Imaging system according to Claim 4 , wherein the control device (150) is designed to swap the first image signal and the second image signal and to rotate the first image signal and the second image signal by approximately 180 °. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Drehwinkelbereich zumindest eine um 90°verdrehte Lage des Instruments (10, 50, 110) gegenüber der Lagereferenz (166) umfasst.Imaging system according to one of the Claims 1 until 5 wherein the second angle of rotation range comprises at least one position of the instrument (10, 50, 110) rotated by 90 ° with respect to the position reference (166). Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Drehwinkelbereich, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0°eine ideale Ausrichtung des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf die Lagereferenz (166) beschreibt, einen ersten Abschnitt umfasst, der einen Bereich mit erster Grenze zwischen 310° und 350° und zweiter Grenze zwischen 10° und 50° umfass t.Imaging system according to one of the Claims 1 until 6th , wherein the first angle of rotation range, based on an angle scale, at which 0 ° describes an ideal orientation of the instrument (10, 50, 110) with respect to the position reference (166), comprises a first section which has a range with a first limit between 310 ° and 350 ° and the second limit between 10 ° and 50 °. Bildgebungssystem nach Anspruch 7, wobei der erste Drehwinkelbereich einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt um 180°versetzen Abschnitt aufweist.Imaging system according to Claim 7 , wherein the first angle of rotation range has a second section offset by 180 ° with respect to the first section. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (150) ferner dazu betreibbar ist, bei einem Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus einen angepassten Übergang zu ermöglichen, und wobei der Übergang vorzugsweise eine Anpassung zwischen der Orientierung des Mono-Signals im zweiten Wiedergabemodus sowie der Orientierung des Stereo-Signals im ersten Wiedergabemodus bei einem Schaltwinkel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus umfasst.Imaging system according to one of the Claims 1 until 8th , wherein the control device (150) is further operable to enable an adapted transition when changing between the first playback mode and the second playback mode, and wherein the transition is preferably an adaptation between the orientation of the mono signal in the second playback mode and the orientation of the Includes stereo signal in the first playback mode at a switching angle between the first playback mode and the second playback mode. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, im zweiten Wiedergabemodus ausgegebene Bilder drehwinkelabhängig auszurichten, so dass vorzugsweise ein sprungarmer oder sprungfreier Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus erfolgt.Imaging system according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the control device (150) is designed to align images output in the second playback mode dependent on the angle of rotation, so that a transition between the first playback mode and the second playback mode is preferably carried out with little or no jump. Bildgebungssystem nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung (150) im zweiten Wiedergabemodus die auszugebenden Bilder drehwinkelabhängig zwischen dem unaufgerichteten Zustand und dem aufgerichteten Zustand interpoliert.Imaging system according to Claim 10 wherein the control device (150) in the second playback mode interpolates the images to be output as a function of the angle of rotation between the non-erect state and the erected state. Bildgebungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen einem Schaltwinkel, der dem Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zugeordnet ist, und bei dem das Bild insbesondere eine dem Schaltwinkel entsprechende Orientierung aufweist, und einem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus aufzurichten.Imaging system according to Claim 10 or 11th , wherein the control device (150) is designed to output images in the second playback mode between a switching angle, which is assigned to the transition between the first playback mode and the second playback mode, and in which the image has in particular an orientation corresponding to the switching angle, and a critical angle or to set up critical angle range of the instrument in the second playback mode. Bildgebungssystem nach Anspruch 12, wobei der Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0°eine ideale Ausrichtung des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf die Lagereferenz (166) beschreibt, bei 25° bis 50° liegt, vorzugsweise bei 30° bis 45°.Imaging system according to Claim 12 , the switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument (10, 50, 110) with respect to the position reference (166), is 25 ° to 50 °, preferably 30 ° to 45 ° °. Bildgebungssystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen dem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich und einem weiteren Schaltwinkel derart zu verdrehen, dass die Orientierung des angezeigten Bildes an den weiteren Schaltwinkel angepasst ist, wenn das Instrument zum weiteren Schaltwinkel hin gedreht ist.Imaging system according to Claim 12 or 13th , wherein the control device (150) to is designed to rotate images to be output in the second playback mode between the critical angle or critical angle range and a further switching angle in such a way that the orientation of the displayed image is adapted to the further switching angle when the instrument is rotated towards the further switching angle. Bildgebungssystem nach Anspruch 14, wobei der weitere Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0°eine ideale Ausric htung des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf die Lagereferenz (166) beschreibt, bei 130° bis 155° liegt, vorzugsweise bei 135° bis 150°, und wobei der Grenzwin kel bei 90° liegt.Imaging system according to Claim 14 , the further switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument (10, 50, 110) with respect to the position reference (166), is 130 ° to 155 °, preferably 135 ° up to 150 °, and the Grenzwin angle is 90 °. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Beobachtungsinstrument (10, 50, 110) als Instrument mit geneigter Blickrichtung ausgebildet ist.Imaging system according to one of the Claims 1 until 15th , wherein the observation instrument (10, 50, 110) is designed as an instrument with an inclined viewing direction. Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Beobachtungsinstrument (10, 50, 110) die Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) trägt, und wobei die Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) einen Stereo-Bildsensor oder zwei zueinander versetzte Einzelsensoren (180, 182) aufweist.Imaging system according to one of the Claims 1 until 16 wherein the observation instrument (10, 50, 110) carries the image acquisition unit (30, 70, 130), and wherein the image acquisition unit (30, 70, 130) has a stereo image sensor or two individual sensors (180, 182) offset from one another. Verfahren zur Stereo-Beobachtung, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellung eines Beobachtungsinstruments (10, 50, 110) mit einer Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind, - Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf eine Lagereferenz (166), und - Betreiben des Bildgebungssystems (100) in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments (10, 50, 110) in einem ersten Wiedergabemodus oder einem zweiten Wiedergabemodus, umfassend: im ersten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, im zweiten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Mono-Signal umfasst, und Aufrichten der auszugebenen Bilder in Abhängigkeit von der erfassten Orientierung, zumindest im zweiten Wiedergabemodus, wobei das Betreiben des Bildgebungssystems (100) in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im zweiten Wiedergabemodus erfolgt.A method of stereo observation comprising the following steps: - Provision of an observation instrument (10, 50, 110) with an image acquisition unit (30, 70, 130) for acquisition of first image data and second image data, which can be combined for stereo observation, - Detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument (10, 50, 110) in relation to a position reference (166), and - Operating the imaging system (100) as a function of the orientation of the instrument (10, 50, 110) in a first playback mode or a second playback mode, comprising: in the first playback mode output of an image signal which comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, in the second playback mode, outputting a picture signal which comprises a mono signal, and Erecting the images to be output as a function of the captured orientation, at least in the second playback mode, wherein the imaging system (100) is operated in a first angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) in the second playback mode. Computerprogramm, das Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dazu zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 18 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinrichtung (150) des Bildgebungssystems (100) ausgeführt wird.Computer program having program code which is designed to implement an imaging system according to one of the Claims 1 until 17th cause to follow the steps of the procedure below Claim 18 when the computer program is executed on the control device (150) of the imaging system (100).
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